ZK2101A型數(shù)控深孔鉆床的系統(tǒng)改造

李春美

（中國重汽集團(tuán)大同齒輪有限公司，山西 大同 037006）

1 機(jī)床簡介

ZK2101A型數(shù)控深孔鉆床是一種采用外排屑鉆削法（槍鉆法）鉆削小孔徑的深孔鉆床。通過一次連續(xù)鉆削可以替代一般需要鉆、擴(kuò)、鉸工序才能達(dá)到的加工精度和表面粗糙度。它既能承擔(dān)鉆削等直徑的深孔，又可以進(jìn)行盲孔或階梯孔的加工，增加特殊附件時(shí)，還能進(jìn)行槍鏜，以便進(jìn)一步提高工件的加工精度和表面粗糙度。

2 原系統(tǒng)介紹

ZK2101A型數(shù)控深孔鉆床配置大連大森Ⅲ型R2J50L數(shù)控系統(tǒng)，是一種采用并行方式的雙16位處理器的高速雙向處理的CNC，配有高速、高精度的安川交流伺服電機(jī)及高速微處理器的數(shù)字伺服系統(tǒng)，Z軸電機(jī)是其伺服電機(jī)。數(shù)控系統(tǒng)由LCD操作面板和控制單元組成，前者裝在操作站面板上，控制單元和調(diào)速裝置安裝在配電柜內(nèi)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3 改造內(nèi)容

改造后的系統(tǒng)使用的是南京大地?cái)?shù)控系統(tǒng)、全數(shù)字式交流伺服單元及其配套的伺服電機(jī)、歐姆龍的PLC以及工藝所需要的自制操作面板。分別從以下幾個(gè)方面進(jìn)行介紹：

3.1 南京大地?cái)?shù)控系統(tǒng)

南京大地?cái)?shù)控系統(tǒng)是一款帶全數(shù)字伺服或三相混合式步進(jìn)電機(jī)的普及型數(shù)控系統(tǒng)，控制電路采用16位高速微處理器、超大規(guī)?？删幊唐骷蜆?biāo)貼原件、多層印刷線路板，整個(gè)系統(tǒng)緊湊可靠。

（1）其X軸、Z軸精度都達(dá)到了0.001 mm，真正的μ級(jí)控制，運(yùn)行更平穩(wěn)。

（2）顯示屏采用6英寸LCD液晶屏，顯示無雪花，各窗口實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前機(jī)床運(yùn)行及所處狀態(tài)。

（3）I/O口輸入32個(gè)，經(jīng)光電隔離，輸出15個(gè)，可直接驅(qū)動(dòng)24 V直流繼電器。每個(gè)輸出口均帶有自恢復(fù)熔絲，由于誤接線而損壞接口電路的情況可以避免。

（4）標(biāo)準(zhǔn)手輪接口，X1，X10和 X100 三檔倍率，X，Y，Z和第4軸選擇。0～10 V模擬量輸出。

（5）標(biāo)準(zhǔn)RS232C異步串行口。數(shù)控系統(tǒng)之間或數(shù)控系統(tǒng)與PC機(jī)之間能互傳程序，也可用串行口進(jìn)行軟件升級(jí)。

3.2 交流伺服單元

交流伺服單元是SDXXX系列的交流伺服，其核心運(yùn)算模塊是IRMCK201，它采用了復(fù)雜可編程器件EPLD及三菱智能功率模塊，具有集成度高、體積小、響應(yīng)速度快、保護(hù)完善、可靠性高等一系列優(yōu)點(diǎn)。

3.3 可編程控制單元

可編程控制單元是歐姆龍的可編程控制器CPM1A。利用操作面板按鈕指令，系統(tǒng)的功能指令和歐姆龍PLC的內(nèi)部指令重新進(jìn)行編程，輸入點(diǎn) 31 個(gè)：X000～X011，X100～X111，X200～X206，輸出點(diǎn) 20 個(gè)：Y1000～Y1005，Y1101～1107，Y1200～Y1205，利用梯形圖實(shí)現(xiàn)對(duì)主軸電機(jī)、鉆桿電機(jī)、冷卻泵、液壓泵電機(jī)等10個(gè)電機(jī)的準(zhǔn)確控制和AL報(bào)警、冷卻報(bào)警、潤滑報(bào)警等信號(hào)的指示。

3.4 數(shù)控系統(tǒng)與控制單元的連接

大地?cái)?shù)控系統(tǒng)通過電纜分別與交流伺服單元、手脈、PLC、自制操作面板、變頻器進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送、反饋、控制。

（1）與伺服單元和手脈使用航空插頭可以直接連接。伺服電機(jī)信號(hào)接口是“DB15針”插座，插頭應(yīng)為“DB15孔”，輸出Z軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。手輪編碼器接口5J5是“DB15孔”插座，與之相接的插頭應(yīng)為“DB15針”，輸出手脈信號(hào)。

（2）與PLC不能直接連接，需要通過上拉電阻的方式實(shí)現(xiàn)。改造后的系統(tǒng)使用的是歐姆龍的PLC，沒有內(nèi)置24 V電源，且需要的輸入信號(hào)是較小的電壓信號(hào)。而大地?cái)?shù)控系統(tǒng)輸出的信號(hào)是開關(guān)信號(hào)，接入24 V電源后，通過上拉電阻的方式才能實(shí)現(xiàn)與其通訊，見圖2。

（3）和自制操作面板上按鈕的連接也需要上拉電阻的方式實(shí)現(xiàn)。為使系統(tǒng)更加完善，根據(jù)操作工人的使用習(xí)慣，還在新系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了一塊自制的操作面板，見圖3。

圖2

操作面板上按鈕與數(shù)控系統(tǒng)之間的連接也需要接入24 V電源，通過上拉電阻的方式實(shí)現(xiàn)降壓，與圖2類似，不再詳細(xì)介紹。

4 改造成果

圖3

ZK2101A型數(shù)控深孔鉆床改造前，因?yàn)橄到y(tǒng)老化，機(jī)床經(jīng)常出現(xiàn)故障，報(bào)警后自動(dòng)歸零，廢品率高。使用南京大地?cái)?shù)控系統(tǒng)改造之后，不僅能保證機(jī)床的工藝要求和生產(chǎn)要求，而且在使用近兩年中基本未出故障，并且縮短了機(jī)床的停機(jī)時(shí)間，保證了生產(chǎn)的正常進(jìn)行。機(jī)床循環(huán)啟動(dòng)后，不產(chǎn)生廢品，不用重新調(diào)零，提高了產(chǎn)品的合格率。根據(jù)操作工人的習(xí)慣和操作特點(diǎn)，增加了操作站面板，使用更方便，大大提高了生產(chǎn)效率。