張琳

摘要：機(jī)床數(shù)控化改造不僅是經(jīng)濟(jì)又見(jiàn)效快的途徑，而且節(jié)約能源、實(shí)現(xiàn)廢品資源化和保護(hù)環(huán)境的目的。我們必須加快機(jī)床數(shù)控化的進(jìn)度。但是機(jī)床的數(shù)控化改造不能停留在現(xiàn)有階段，應(yīng)緊跟世界潮流，發(fā)展多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)高速、高精度、高效加工中心等關(guān)鍵技術(shù)，向智能化方高發(fā)展。

關(guān)鍵詞：機(jī)床改造;電氣控制;電氣設(shè)計(jì)

目前許多數(shù)控化改造的設(shè)計(jì)存在諸多問(wèn)題：選擇電機(jī)參數(shù)時(shí)，使用的計(jì)算方法欠精確;數(shù)控系統(tǒng)類型和功能選擇不合理;電氣部分的改造不規(guī)范等等。因?yàn)閿?shù)控機(jī)床電氣設(shè)計(jì)、應(yīng)用與維修技術(shù)工作的復(fù)雜性、多樣性和多變性以及一些客觀環(huán)境因索的制約，在數(shù)控機(jī)床電氣控制方而還沒(méi)有形成一套成熟的、完整的理論體系。本文將對(duì)機(jī)床數(shù)控化改造進(jìn)行歸納總結(jié)和分析，以求對(duì)該學(xué)科理論的發(fā)展及工程技術(shù)人員的實(shí)踐有所裨益，為普通機(jī)床數(shù)控化改造中的電氣設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

一、機(jī)床數(shù)控化改造作用分析

對(duì)普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造，關(guān)鍵技術(shù)在于對(duì)機(jī)床精度的恢復(fù)。舊機(jī)床一般在工作車間已經(jīng)工作多年，其中導(dǎo)軌、溜板等都有不同程度的磨損。在有條件的時(shí)候，按常規(guī)機(jī)床大修的方法，對(duì)機(jī)床導(dǎo)軌進(jìn)行磨削，磨削量以保持床面有一定的表面硬化層為宜。若舊機(jī)床磨損嚴(yán)重，磨削后，表面硬化層已去除，可采用電刷鍍的方法加工耐磨表層。與床身相匹配的溜板，一般可采用刮研的方法修配恢復(fù)精度。在導(dǎo)軌磨損量較大的情況下，也可采用貼塑工藝恢復(fù)機(jī)床導(dǎo)軌精度。主軸精度的修復(fù)是改造機(jī)床維修的另一個(gè)側(cè)重點(diǎn)?？刹捎酶鼡Q主軸軸承等傳統(tǒng)方法配合電刷鍍工藝完成。主軸箱通常需單獨(dú)修復(fù)，并調(diào)試驗(yàn)收精度。有些磨損量小的機(jī)床也可以采用表面工程技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)操作，恢復(fù)機(jī)床精度。

二、機(jī)床數(shù)控化電氣設(shè)計(jì)方法分析

在確定改造方案時(shí)，由于受經(jīng)費(fèi)等多方面因素的影響，絕大多數(shù)用戶都會(huì)保留驅(qū)動(dòng)及電機(jī)部分而只更換系統(tǒng)?？紤]到延續(xù)性和兼容性，如果用戶在經(jīng)費(fèi)方面沒(méi)有問(wèn)題，我們通常采用SIEMENS802D系統(tǒng)。該系統(tǒng)是西門子公司于20世紀(jì)90年代中期推出的一款純數(shù)字高檔數(shù)控系統(tǒng)，與之匹配的驅(qū)動(dòng)和電機(jī)也都是數(shù)字的。其由于具有功能強(qiáng)大、使用靈活等特點(diǎn)，自問(wèn)世以來(lái)，在機(jī)械加工設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。國(guó)內(nèi)車床數(shù)控系統(tǒng)基本上都是采用西門子公司生產(chǎn)的8M系統(tǒng)，PLC通常采用西門子公司生產(chǎn)的$5--150系列，驅(qū)動(dòng)部分則大多采用西門子公司生產(chǎn)的直流驅(qū)動(dòng)。要根據(jù)所選系統(tǒng)的不同來(lái)選擇相應(yīng)的PLC。SIDlENs802D系統(tǒng)所配的PLC是S5-135wD，該類型PLC硬件有2種選擇形式：一種選擇是分布I/O（DMP），另一種選擇是擴(kuò)展單元185U。通過(guò)對(duì)2種選擇的比較分析可知，DMP的接線比較麻煩，但是價(jià)格較便宜，而185U接線比較簡(jiǎn)單，但是價(jià)格較貴。如果單純只從使用的角度進(jìn)行選擇的話，以上2種方案都可以滿足系統(tǒng)的功能要求。

三、機(jī)床數(shù)控化電氣設(shè)計(jì)對(duì)策分析

（一）驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)，采用對(duì)驅(qū)動(dòng)器在三相六拍的基礎(chǔ)上進(jìn)行5細(xì)分（30拍），10細(xì)分（60拍）。細(xì)分后電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的步距角將要縮小相應(yīng)的倍數(shù)（如步距角為0.75的電動(dòng)機(jī)，10細(xì)分后電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的步距角為0.075）。細(xì)分后消除了小步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的低頻振蕩，提高了電動(dòng)機(jī)的分辨率和運(yùn)行特性，由于制造工藝的問(wèn)題，實(shí)際上的分辨率會(huì)稍低于理論細(xì)分的精度。三相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器SH-32206，80～220V交流供電，可適應(yīng)最惡劣電網(wǎng)環(huán)境。脈沖信號(hào)、方向信號(hào)和脫機(jī)信號(hào)接CNC裝置。雙極恒相流細(xì)分驅(qū)動(dòng)，可以通過(guò)驅(qū)動(dòng)器面板上的第1、2、3、4四個(gè)撥碼開(kāi)關(guān)，可供選擇16種細(xì)分模式。輸入信號(hào)光電隔離。過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)、脫機(jī)保持功能、單/雙脈沖模式可選。自動(dòng)半流。最大輸出驅(qū)動(dòng)電流6A/相。

（二）變速控制電路設(shè)計(jì)

變頻器主軸變速控制電路中主要包含有交流電動(dòng)機(jī)，兩個(gè)接觸器（KMI、KM2）。數(shù)控系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)模塊端子與輸出O～10V模擬電壓，該電壓作為變頻器的指令電壓。當(dāng)交流電機(jī)正向旋轉(zhuǎn)時(shí)，PLC的Q4.0端輸出高電平，繼電器KMI觸點(diǎn)立即吸合，從而使得變頻器的端子之間連接起來(lái)，與此同時(shí)驅(qū)動(dòng)器前端與后端之間輸出一個(gè)用于控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的模擬電壓，從而帶動(dòng)主軸的旋轉(zhuǎn)。當(dāng)主軸電動(dòng)機(jī)進(jìn)行反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，PLC的Q4.1端輸出高電平，繼電器KM2觸點(diǎn)立即吸合，從而使得變頻器端子之間連接起來(lái)，進(jìn)而使主軸電動(dòng)機(jī)進(jìn)行反轉(zhuǎn)，當(dāng)變頻器發(fā)生過(guò)載情況時(shí)，變頻器的端子產(chǎn)生信號(hào)至數(shù)控系統(tǒng)的PLC，進(jìn)而進(jìn)行動(dòng)作并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

（三）加工精度控制設(shè)計(jì)

對(duì)舊機(jī)床改造，除系統(tǒng)升級(jí)外，改造者面臨的另一關(guān)鍵問(wèn)題就是 機(jī)械精度問(wèn)題。機(jī)械精度恢復(fù)的如何，直接關(guān)系到改造的整體效果。 而一般機(jī)床經(jīng)多年使用后，由于使用條件和環(huán)境的不同，會(huì)造成多方 面的磨損或損傷，如軸承、絲桿、導(dǎo)軌等都會(huì)直接影響機(jī)床的整體精 度。本次改造除更換受損的軸承、聯(lián)軸器等外還對(duì)導(dǎo)軌的鑲條、貼塑 面等結(jié)合部件進(jìn)行鏟刮重新裝配后，機(jī)床的主要幾何精度指標(biāo)均達(dá)到 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。而在測(cè)量定位精度時(shí)，發(fā)現(xiàn)定位精度和重復(fù)定位精度 指標(biāo)嚴(yán)重超標(biāo)，分別為 0.035 和 0.025mm。于是決定啟用系統(tǒng)提供的螺 距補(bǔ)償功能。使用激光干涉儀分別對(duì)三個(gè)軸進(jìn)行定位檢測(cè)，檢測(cè)間距 選擇 40mm，在整個(gè)行程范圍內(nèi)，記錄下所有檢測(cè)點(diǎn)的誤差值，將這些 誤差值輸入至系統(tǒng)提供的補(bǔ)償參數(shù)中，再進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果效果非常明 顯。補(bǔ)償后的定位精度和重復(fù)定位精度分別為 0.015 和 0.010mm（此精 度指標(biāo)雖不理想，但作為改造機(jī)床已能滿足一般的加工要求）。

四、結(jié)束語(yǔ)

本文將從數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、加工精度、機(jī)床運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)軸等的控制設(shè)計(jì)入手，較詳細(xì)地闡述了機(jī)床的數(shù)控化改造電氣控制設(shè)計(jì)的 方案，對(duì)機(jī)床電氣系統(tǒng)進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，使原有的機(jī)床在某些方面性能和功能方面有較大的提高，基本可達(dá)到普通數(shù)控機(jī)床的加工要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]李恒權(quán).中國(guó)機(jī)床改造業(yè)務(wù)高端市場(chǎng) [J].科技與企業(yè)，2016.

[2]張紅濤.單片機(jī)和PLC機(jī)串行通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].化工自動(dòng)化及儀表，2015.