郭 舉

（無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械學(xué)院， 江蘇 無(wú)錫 214121）

1 數(shù)控技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

1.1 現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì)

我國(guó)雖然在機(jī)床產(chǎn)量上有很大的優(yōu)勢(shì)，但在國(guó)際市場(chǎng)中，研發(fā)水平相對(duì)較低。一個(gè)產(chǎn)品的研發(fā)周期較長(zhǎng)，設(shè)計(jì)需經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)才能定型。由于機(jī)床設(shè)計(jì)的相關(guān)專業(yè)人員缺乏經(jīng)驗(yàn)、專業(yè)性不足，難以在第一時(shí)間了解一線生產(chǎn)需求，由此造成產(chǎn)品在研發(fā)時(shí)效性及生產(chǎn)匹配性上仍有較大進(jìn)步空間。

縱觀當(dāng)前數(shù)控技術(shù)兩大發(fā)展趨勢(shì)，即智能化和開放式發(fā)展，這便要求新式機(jī)床在使用時(shí)可自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)中的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話和自動(dòng)編程的功能，在出現(xiàn)故障時(shí)能夠自我診斷，同時(shí)各機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)間能夠互相操作，可進(jìn)行互換，從而縮短產(chǎn)品研發(fā)周期[1]。

1.2 車床改造的意義

我國(guó)擁有較大規(guī)模的機(jī)床數(shù)量，但是其中相當(dāng)大一部分達(dá)不到先進(jìn)的自動(dòng)化水平，導(dǎo)致其生產(chǎn)質(zhì)量不高。為了解決這些問(wèn)題，需對(duì)機(jī)床進(jìn)行數(shù)控技術(shù)改造，通過(guò)較少投資即可達(dá)到提高機(jī)床生產(chǎn)精準(zhǔn)度的目的。

2 總體方案設(shè)計(jì)

利用數(shù)控技術(shù)進(jìn)行改造時(shí)應(yīng)盡可能應(yīng)用到原來(lái)的部件，保留車床上原有的大部件以減少改動(dòng)的部分。設(shè)計(jì)框圖如圖1 所示。

圖1 總體設(shè)計(jì)方案

2.1 主傳動(dòng)系統(tǒng)的改造

為了保障生產(chǎn)出的所有工件質(zhì)量的一致性，就必須要讓主軸能夠以恒定的速度進(jìn)行切削，保證切削分布均勻。為了節(jié)省成本，可選擇用變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)的方式。變頻器的優(yōu)勢(shì)在于其數(shù)控連接便捷，同時(shí)能夠很好地控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)以及停速和加速。改造后的車床要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加工螺紋的功能，就需要準(zhǔn)備脈沖編碼器，它的功能是判斷主軸轉(zhuǎn)角的位置[2]。

2.2 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的改造

數(shù)控車床在進(jìn)行加工的過(guò)程當(dāng)中，移動(dòng)方向容易發(fā)生改變。當(dāng)方向發(fā)生改變時(shí)，如果齒側(cè)之間存在間隙，加工精度就會(huì)受到影響。消除間隙有剛性和柔性兩種方法。剛性方法雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)償，采用柔性方法更為適合。縱向橫向系統(tǒng)見(jiàn)圖2。

圖2 縱向橫向系統(tǒng)

2.3 數(shù)控類型的確定

數(shù)控類型選擇由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。

3 電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 世紀(jì)星數(shù)控系統(tǒng)功能特點(diǎn)

選用華中世紀(jì)星NCN-21 數(shù)控系統(tǒng)，它具有性能高、配置靈活、結(jié)構(gòu)比較緊湊的特點(diǎn)，能夠與大部分機(jī)床相配套使用，實(shí)現(xiàn)在合理的成本控制內(nèi)完成高質(zhì)量曲面加工。

3.2 電柜設(shè)計(jì)以及電源選用

電柜設(shè)計(jì)時(shí)要注意幾點(diǎn)要求：電柜上必須安裝通風(fēng)裝置；所有的部件必須安裝在無(wú)油漆的鍍鋅金屬板上；防護(hù)等級(jí)是IP54；選用24 V 直流穩(wěn)壓電源。

3.3 返回參考點(diǎn)配置

返回參考點(diǎn)配置有雙開關(guān)和單開關(guān)兩種方式。選擇雙開關(guān)方式，在提高控制精準(zhǔn)度的同時(shí)可加速返回參考點(diǎn)的速度[3]。

3.4 主軸變頻器的選用

因?yàn)閿?shù)控機(jī)床屬于精度高、響應(yīng)十分迅速的設(shè)備，所以在變頻器的選擇上，盡量選擇矢量控制高性能型通用變頻器。如圖3 所示是主軸編碼器示意圖。

圖3 主軸編碼器

3.5 導(dǎo)軌的改造處理

對(duì)于數(shù)控車床而言，其導(dǎo)軌與普通的車床導(dǎo)軌不同，除了提高剛度以保障加工精度外，還要有足夠的抗磨能力，以保證導(dǎo)軌不會(huì)因摩擦阻力的影響而受到損壞，同時(shí)還要保障導(dǎo)軌的足夠潤(rùn)滑。

3.6 機(jī)床防護(hù)

經(jīng)過(guò)改造后的機(jī)床有三種防護(hù)方式，分別是僅對(duì)機(jī)床的某些部件進(jìn)行防護(hù)；半防護(hù)，即增加切削保護(hù)；全防護(hù)。

4 安裝與調(diào)試

4.1 安裝

空運(yùn)轉(zhuǎn)前的檢查：結(jié)合面應(yīng)該緊緊貼合在一起，仔細(xì)檢查各個(gè)箱體和各個(gè)部件是否按要求加油。

4.2 各種動(dòng)作試驗(yàn)

進(jìn)行手動(dòng)操作試驗(yàn)；點(diǎn)動(dòng)試驗(yàn)；主軸變擋試驗(yàn)。

4.3 功能試驗(yàn)

用按鍵開關(guān)的人為操作對(duì)機(jī)床的靈活度以及功能是否可靠進(jìn)行檢驗(yàn)。

4.4 空運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)

4.4.1 主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)

在不切削狀態(tài)下，試驗(yàn)主軸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的溫度變化和空載功率。機(jī)床主運(yùn)動(dòng)機(jī)械有低、中、高三擋轉(zhuǎn)速，有級(jí)變速為全部轉(zhuǎn)速的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間不少于2 min，在最高轉(zhuǎn)速段不得少于1 h，使主軸軸承達(dá)到穩(wěn)定溫度。檢查主軸軸承的溫度不超過(guò)70 ℃。

4.4.2 連續(xù)空運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)

用數(shù)控程序指令全部功能做（不切削）連續(xù)運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)試驗(yàn)。其運(yùn)動(dòng)時(shí)間不大于15 min。每個(gè)循環(huán)終了停車，并模擬松卡工作，停車不超過(guò)1 min，根據(jù)客戶不同的要求連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)48～72 h。

4.5 試切加工試驗(yàn)

根據(jù)要求試切加工如圖4 圖樣。

圖4 試切加工圖（單位：mm）

數(shù)控系統(tǒng)由隔離變壓器提供AC220 V 電源，以避免電網(wǎng)擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的干擾[4]。X 軸和Z 軸的驅(qū)動(dòng)裝置由機(jī)床變壓器提供，AC220 V 電源采用兩個(gè)開關(guān)穩(wěn)壓電源分別提供I/O+24 V 和中間繼電器+24 V，以避免干擾對(duì)I/O 信號(hào)的影響。整個(gè)系統(tǒng)的電源配置必須接地，以增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾性。數(shù)控車床根據(jù)被加工零件工作圖與工藝過(guò)程卡，用規(guī)定的數(shù)控代碼和程序格式編寫加工程序，將正確的加工程序輸入數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)將給定的加工程序和輸入的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算和控制處理，然后將處理的結(jié)果送往控制系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)機(jī)床的各運(yùn)動(dòng)部件有序地按機(jī)械加工要求運(yùn)行，自動(dòng)地加工出合格的零件。改造后的車床滿足應(yīng)用要求。