■廈工(三明）重型機器有限公司 （福建三明 365500）

張國新

我公司是國內生產工程機械壓路機及平地機的主要生產廠家之一。壓路機及平地機的鉸接座生產加工技術，也是關鍵的生產環(huán)節(jié)，生產的效率及加工質量高低直接影響著壓路機和平地機的生產進度和安裝質量。

對此，公司決定開發(fā)制造加工鉸接座的鏜孔專機，著手研究鉸接座鏜孔專機的數(shù)控化加工系統(tǒng)，解決鉸接座由T612落地鏜床加工效率低及加工精度差的問題。實現(xiàn)鉸接座的自動化加工，確保提高鉸接座的質量和加工效率。

1. 鏜孔專機結構原理

設計鉸接座鏜孔專機的出發(fā)點就是實現(xiàn)自動化生產，提高加工效率，降低操作者勞動強度。另外，考慮到鉸接座的孔圓度加工精度要求較高，以及各孔和面間都有很高的形位精度要求。根據加工工件的外形特點，為了實現(xiàn)最大效率，及達到更好的同軸度要求，最終采用雙銑削頭的設備組成方案。如圖1所示。

圖1 鏜孔專機平面示意圖

2. 電氣系統(tǒng)控制要求

（1）主軸（回轉盤）：點動正轉，點動反轉，連動。

（2）軸向進給（由滑臺移動來實現(xiàn)）：①軸向進給徑向刀桿必須在原始位置時，才能實現(xiàn)動作（工進、工退、快進、快退及手執(zhí)操作單元由數(shù)控系統(tǒng)控制）。②徑向刀桿在原位置之外的任何位置時，只能點動工退。③軸向移動時（包括工進、工退、快進、快退及手執(zhí)操作單元），徑向刀桿所有動作不起作用。

（3）徑向進給（包括液壓系統(tǒng)閥和電動機的控制）：①徑向刀桿。點動快進、快退，點動工進、工退，自動進給。主軸轉或不轉徑向走刀都可以進行點動（快進、快退、工進，工退），自動進給。②徑向刀桿處在原始位置時用綠燈，原位置之外的任何位置時用紅燈。

3. 鉸接座鏜孔專機數(shù)控系統(tǒng)設計要求

設計的主要要求為：

根據專機結構原理和控制要求，選擇配置一套全新的電氣系統(tǒng)，包括數(shù)控系統(tǒng)、交流伺服系統(tǒng)、伺服變壓器以及電纜和外圍電路等。

主軸運動系統(tǒng)采用變頻器控制，選用變頻電動機。

軸向進給（Z軸滑臺）機構采用精度較高的滾珠絲杠，并選用伺服電動機與滾珠絲杠副直連。

徑向刀桿運動系統(tǒng)采用液壓油缸副控制。

需加裝手搖脈沖發(fā)生器。設計、制作Z軸方向伺服電動機、主軸電動機與鏜孔專機傳動的機械連接、機床操作面板等。

通過對各種不同數(shù)控系統(tǒng)的性能、特點、價格 的對比，并結合本機床數(shù)控系統(tǒng)控制的主要要求，最后選用廣數(shù)GSK990MA數(shù)控系統(tǒng)作為對本機床數(shù)控化設計的數(shù)控系統(tǒng)。

4. 數(shù)控系統(tǒng)單元

GSK990MA數(shù)控系統(tǒng)產品具有如下特點：

（1） 采用3 2 位高性能的C P U 和超大規(guī)?？删幊唐骷﨔PGA，實時控制和硬件插補技術保證了系統(tǒng)μm級精度下的高效率。

（2）內置式P L C，可實現(xiàn)各種自動刀架、主軸自動換擋等控制，梯形圖可編輯、上傳、下載；具有攻螺紋功能，可車削米制、英米/英寸制單頭、多頭直螺紋、錐螺紋、端面螺紋及變螺距螺紋，螺紋退尾長度、角度和速度特性可設定，高速退尾處理。

（3）支持CNC與PC、CNC與CNC間雙向通訊。

（4）具有螺距誤差補償、刀尖半徑補償、反向間隙補償功能。

（5）零件程序全屏幕編輯?？纱鎯? 000kB、192個零件程序。

5. 數(shù)控系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

（1）進給伺服電動機及伺服放大器的選型。根據該鉸接座鏜孔專機的結構特點，分析Z軸伺服電動機的最大負載扭矩T、負載恒量JL，按照數(shù)控機床慣量匹配條件1＜JM/JL＜5，選擇伺服電動機的轉子慣量查表知應在JM=0.0027～0.0068kg·m2,再根據最大負載扭矩應小于伺服電動機額定轉矩，定位加速時的最大扭矩應小于伺服電動機最大轉矩，最終確定Z軸伺服電動機選用廣數(shù)175 SJT-M220B系列交流伺服電動機。該種伺服電動機主要性能指標為額定轉速1500r/min,額定輸出功率3.5kW，采用分辨率2 500p/rev的增量式編碼器進行轉速反饋。伺服放大器采用與伺服電動機配套的DAT2075系列全數(shù)字交流伺服驅動。

（2）主軸運動系統(tǒng)的選型。為了既要方便主軸變速，又要滿足車床恒線速功能以提高加工件的表面質量，選用了日本三菱公司A540變頻調速器進行主軸電動機控制；由于該專機不加工螺紋，因此主傳動的軸上無需安裝主軸編碼器等反饋裝置。與之匹配的電動機則選用型號為YVP200L2-6的變頻電動機，它的主要性能指標為額定輸出功率22kW，額定電流44.5A，恒轉矩216.6N·m, 調頻范圍：5～50Hz。

（3）數(shù)控系統(tǒng)架構及電氣控制系統(tǒng)。根據機床的電氣控制要求，設計繪制數(shù)控系統(tǒng)總體互連接線原理圖，如圖2所示 。注意在連接伺服運動控制和主軸運動控制系統(tǒng)時要認真對照隨機說明書的原理圖進行連接。

圖2 數(shù)控系統(tǒng)互連原理圖

本次機床的設計使用了以下I/O信號: ESP急停信號使用帶自鎖式的機床觸點式的常閉觸點；系統(tǒng)啟/停采用不帶自鎖的常開觸點按鈕；機械式的Z軸正負向限位及回零限位； 通過參數(shù)設置選擇返回機床零點方向為正,減速信號低電平有效。其他控制信號由系統(tǒng)的操作面板給定。然后根據定義好的系統(tǒng)I/O信號, 設計（P MC）的程序。通過設計（PM C）梯形程序來實現(xiàn)各種執(zhí)行機構的控制邏輯，還可根據需要修改控制程序。機床開關量I/O接口信號的連接原理圖如圖3所示。

圖3 機床I/O信號原理圖

6. 數(shù)控機床的調試

系統(tǒng)上電前，應檢查機床狀態(tài)是否正常、急停開關與限位開關是否已正確連接、接線是否正確、系統(tǒng)的電源電壓是否符合要求、有無短路等。數(shù)控機床上電后的調試工作包括以下幾部分：①主軸功能的調整：針對變頻電動機帶動的主軸應設置轉速模擬電壓控制。②對交流伺服驅動器的參數(shù)設置及優(yōu)化。③Z軸參數(shù)的調整：加減速特性調整、反向間隙補償。④操作面板(功能按鍵、手輪等)的調整。⑤機械回零點可選擇設置與否。

數(shù)控系統(tǒng)設置。一般讓機床“動”起來的基本參數(shù)都不多,只須對以下兩部分系統(tǒng)配置進行參數(shù)設置就可以了。①軸參數(shù)，即交流伺服驅動器的內置參數(shù)。②系統(tǒng)參數(shù)，包括狀態(tài)（功能）參數(shù)、數(shù)據參數(shù)，具體調試參數(shù)如附表所示。

在設定電子齒輪時要特別注意，當電子齒輪比分子大于分母時，系統(tǒng)允許的最高速度會下降；當電子齒輪比分子與分母不相等時，系統(tǒng)的定位精度可能會下降。因此建議將系統(tǒng)的電子齒輪比設置為1∶1，將計算出的電子齒輪比設置到數(shù)字伺服中。

另外進給伺服系統(tǒng)速度的正確調節(jié)是最重要的，應該在位置開環(huán)的條件下作最佳調節(jié)，既不過沖又要保持一定的硬特性。一旦導軌和機械傳動副的松緊狀態(tài)發(fā)生變化，就需要重調速度環(huán)參數(shù)，并做優(yōu)化，避免Z軸發(fā)生振蕩和過脈沖報警。

7. 結語

經過此次采用廣數(shù)G S K 990M A數(shù)控系統(tǒng)應用在鉸接鏜孔專機上后，不但提高了設備的自動化程度,還減少了輔助加工時間、降低了對工人技術等級的要求，加工效率和精度方面也得到顯著提升。原先機加工在T612落地鏜上加工一臺壓路機的鉸接座實際加工時間需要100m i n（1.667h），使用鉸接座鏜孔專機后只需要60min（1h）。按年產1 445臺壓路機、367臺平地機計算?，F(xiàn)在：總工時為1.667×（1 445+367）=3 020.6h，使用后工時為1×（1 445+367）=1 812h，T612每臺時100元，鉸接座鏜孔專機每臺時50元?？晒?jié)約金額：3 020.6×100－1 812×50=211 460（元)。此次的專機設計制造各項技術指標均已達到工業(yè)標準，是成功的。

參數(shù)設置表

[1] 杜柳青. 數(shù)控機床電氣控制[M]. 重慶：重慶大學出版社，2006.

[2] 汪木蘭. 數(shù)控原理與系統(tǒng)[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2004.

[3] 陳子銀，屈海軍. 數(shù)控機床電氣控制[M]. 北京：北京理工大學出版社，2006.

[4] 李城人，張春源. 數(shù)控化改造[M]. 北京：北京清華大學出版社，2006.