羅小英

（新會岡州職業(yè)技術(shù)學(xué)校，廣東江門 529100）

1 G-CNC6135A 數(shù)控車床的功能特點及改造必要性

G-CNC6135A 數(shù)控車床采用GSK980TA 數(shù)控系統(tǒng)，屬于半閉環(huán)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床。能對簡單類型的軸類零件進(jìn)行加工，機(jī)床的主軸系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)都能進(jìn)行自動控制，適宜加工中、小批量和大批量精度較高的軸類零件的加工。

新會岡州職業(yè)技術(shù)學(xué)校于2005年8月從廣州機(jī)床廠購置該經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床，主要用于學(xué)生實訓(xùn)。由于長期教學(xué)使用（使用共13年時間），學(xué)生操作難免會發(fā)生碰撞機(jī)床事故。為了讓學(xué)生能更好的學(xué)習(xí)，考慮到教學(xué)的需要，經(jīng)過經(jīng)濟(jì)分析和論證，本著適應(yīng)的原則，決定對該機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和伺服驅(qū)動器進(jìn)行升級與改造。

2 G-CNC6135A 數(shù)控車床改造方案

2.1 數(shù)控系統(tǒng)的改造

G-CNC6135A 數(shù)控車床選用的是GSK980TA 數(shù)控系統(tǒng)（圖1），即廣州數(shù)控早期的普及型數(shù)控系統(tǒng)，采用16 位CPU（Central Processing Unit，中央處理器），應(yīng)用CPLD（Complex Programmable Logic Device，復(fù)雜可編程邏輯器件）完成硬件插補(bǔ)后，可以實現(xiàn)：高速μm 級控制；液晶中文顯示界面；加減速可調(diào)，能匹配步進(jìn)驅(qū)動器或伺服驅(qū)動器；可變電子齒輪比（電子齒輪指令倍乘系數(shù)CMR：1～127；電子齒輪指令分頻系數(shù)CMD：1～127），應(yīng)用方便。為了適應(yīng)加工自動的需要（GSK980TA 不方便進(jìn)行自動程序的傳輸），同時教學(xué)時需要講解橢圓、雙曲線等復(fù)雜外形輪廓加工，選擇更換成新一代的廣數(shù)系統(tǒng)——CNC GSK980TDc（圖2）。

圖1 GSK980TA 數(shù)控系統(tǒng)

圖2 GSK980TDc 數(shù)控系統(tǒng)

CNC GSK980TDc 采用了8.4 寸（213.36 mm）彩色LCD（Liquid Crystal Display，液晶顯示器），支持梯形圖在線監(jiān)控，新增在線機(jī)床調(diào)試向?qū)?、示教、輔助編程、多邊形車削等功能，實現(xiàn)μm 級精度運(yùn)動控制和支持I/O（Input/Output，輸入/輸出）單元擴(kuò)展，能滿足普及型數(shù)控和專用數(shù)控的應(yīng)用需求。具有以下特色。

（1）共有5 個進(jìn)給軸，2 個模擬主軸，0.001 mm 插補(bǔ)精度，最高速度60 m/min，代碼電子齒輪比（1～32 767）/（1～32 767）（響應(yīng)速度更快，速度和精度得到了很大的提高）。

（2）具有螺距誤差補(bǔ)償、反向間隙補(bǔ)償、刀具長度補(bǔ)償、刀具磨損補(bǔ)償、刀尖半徑補(bǔ)償功能，適配伺服主軸可實現(xiàn)主軸定向、剛性攻絲、圓柱插補(bǔ)、極坐標(biāo)插補(bǔ)（功能更強(qiáng)）。

（3）具備手脈試切、示教、手脈中斷功能，具備在線機(jī)床調(diào)試向?qū)?、輔助編程、界面自定義、圖形尺寸直接輸入、多邊形車削等功能（可視和交互性能強(qiáng)能更好地用于教學(xué)）。

（4）零件程序全屏幕編輯，MDI（Multiple Document Interface，多文檔界面）多程序段運(yùn)行，存儲空間40 M，可存1000 個零件程序，支持U 盤程序加工（學(xué)生電腦上進(jìn)行自動編程，復(fù)制程序到U 盤進(jìn)行自動加工）。

（5）共有6 級操作權(quán)限管理，32 次限時停機(jī)設(shè)置（設(shè)置不同的權(quán)限級別，防止學(xué)生惡意更改參數(shù)）。

2.2 冷卻系統(tǒng)的改造

數(shù)控車床原來采用冷卻泵放置于機(jī)床的右邊床腳位置，整個冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。冷卻液泵放置于數(shù)控車床的右床腳內(nèi)，冷卻液通過冷卻液泵抽出來，經(jīng)過水管進(jìn)行加工時的冷卻，然后鐵屑和冷卻液統(tǒng)一回到數(shù)控車床底下的鐵屑盤里面，冷卻液經(jīng)過鐵屑盤的過濾孔又回流到數(shù)控車床的右床腳內(nèi)并進(jìn)行儲存，從而循環(huán)進(jìn)行冷卻；右床腳的窗口以鏤空蓋板和螺釘固定。冷卻系統(tǒng)經(jīng)過長期使用主要存在以下3 個問題：①因水泵放置于機(jī)床內(nèi)部，操作人員無法觀測冷卻液泵的工作情況以及床腳里面的冷卻液深度液無法確認(rèn)；②因水泵放置于機(jī)床內(nèi)部，電氣原件長期至于潮濕的環(huán)境中，容易引起電氣故障，同時維修時由于床腳位置的窗口過小，不方便進(jìn)行維護(hù)；③因冷卻液沒有經(jīng)過二次過濾，經(jīng)過長期使用，會產(chǎn)生較多沉淀物堆積在床腳里面，冷卻泵開始工作很容易造成堵塞。

針對以上的3 種問題，對冷卻系統(tǒng)進(jìn)行改造：設(shè)計一個外機(jī)裝置，將冷卻泵移到機(jī)床外面，設(shè)計隔板和過濾裝置，有效地實現(xiàn)水和渣的分離；外機(jī)裝置底部安裝有滾輪，整個裝置可以進(jìn)行自由移動；過濾隔板頂部也有空間便于右側(cè)冷卻液滿了可以即時進(jìn)入左側(cè)，水泵用螺釘與外機(jī)裝置的頂板連接起來；鐵屑盤里原有的排泄水孔焊接好，按照回流的接水口位置重新開孔，冷卻液通過回流管流入到外機(jī)裝置的右側(cè)和左側(cè)箱體內(nèi)，從而完成整個冷卻系統(tǒng)的完整改造。改造后外機(jī)裝置可以移動和更換，為今后的工作提供了方便。

2.3 伺服驅(qū)動器的改造

G-CNC6135A 數(shù)控車床原來采用蒙德主軸伺服驅(qū)動器（圖3），型號是IMS-LMF-43P7E 伺服驅(qū)動器，具有操作簡單，有標(biāo)準(zhǔn)化的輸入和輸出端口，可實現(xiàn)開環(huán)控制和閉環(huán)控制切換，能控制異步伺服電機(jī)和永磁同步電機(jī)，可配備多種類型編碼器，兼容多種通訊格式，功能強(qiáng)大，應(yīng)用廣泛，豐富的綜合功能，優(yōu)良的伺服特性，能用于不同的CNC（Computer Numerical Control，計算機(jī)數(shù)字控制）數(shù)控系統(tǒng)，能根據(jù)負(fù)載的變化，通過輸出轉(zhuǎn)矩的變化很快做出響應(yīng)，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)軸速度的穩(wěn)定。由于該伺服驅(qū)動器經(jīng)過十幾年的使用，個別電器元件出現(xiàn)了老化，造成機(jī)床偶爾轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定。為了滿足實訓(xùn)要求和考慮經(jīng)濟(jì)性，選擇更換新的主軸伺服驅(qū)動器—百德福牌B503伺服驅(qū)動器（圖4），該驅(qū)動器采用矢量控制硬件平臺和高精度的計算方法，采用DSP 控制系統(tǒng)，實現(xiàn)無速度傳感器矢量控制，有效地抑制低頻振蕩；選擇模塊化的擴(kuò)展功能，豐富的端子使應(yīng)用更加靈活。

G-CNC6135A 數(shù)控車床采用DA980 系列全數(shù)字式交流伺服驅(qū)動器。該驅(qū)動器采用國際最新數(shù)字信號處理DSP 大規(guī)模可編程陣列和MISUBISHI 智能化功率模塊，集成度高、體積小、保護(hù)完善、可靠性好、具有防止失步現(xiàn)象、寬速比大、能夠恒轉(zhuǎn)矩、高速度（最高轉(zhuǎn)速達(dá)3000 r/min）、高精度（回轉(zhuǎn)定位精度1/10 000 r）、控制簡單、靈活等優(yōu)點。由于使用時間較長，保養(yǎng)不到位，造成機(jī)床運(yùn)動有丟步現(xiàn)象，為了解決此問題，更換同種型號的廣數(shù)交流伺服驅(qū)動器。

圖3 蒙德主軸伺服驅(qū)動器

圖4 百德福主軸伺服驅(qū)動器

3 G-CNC6135A 數(shù)控車床的改造效果

通過以上改造，該設(shè)備能夠達(dá)到正常使用，機(jī)床的精度和反應(yīng)速度有了較大的提升；能夠采用G6.2 和G6.3 等進(jìn)行特殊圖形的編程；能夠采用U 盤進(jìn)行自動編程加工，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率；機(jī)床的冷卻系統(tǒng)也能順利的進(jìn)行冷卻，無堵塞現(xiàn)象；機(jī)床整體運(yùn)行性能符合要求且安全可靠。