普通機(jī)床數(shù)控化改造

丘宏岳

摘要：伴隨當(dāng)代社會(huì)生產(chǎn)力不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)早已滿足不了現(xiàn)在高速發(fā)展的社會(huì)現(xiàn)代化生產(chǎn)要求，進(jìn)行數(shù)控化的更改后，能夠大大地提升進(jìn)給精度與重復(fù)定位，提升勞動(dòng)效率，提高經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：數(shù)控化;PLC;臥式車床

1 ?機(jī)械部分的改造

為了更好地表現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的性能有優(yōu)勢，確保更改后的機(jī)床在數(shù)控系統(tǒng)操作環(huán)境中無爬行的微機(jī)進(jìn)給，定位精度的精確，長壽命的使用以及機(jī)械部都作了如下改動(dòng)。

普通車床上使用的是手動(dòng)卡盤。現(xiàn)進(jìn)行改造，為了達(dá)到方便和自動(dòng)化目的，把卡盤改造成氣動(dòng)卡盤（如圖1）。利用氣閥控制卡盤的松緊，氣動(dòng)回路有單向閥，達(dá)到卡盤能自鎖。

傳統(tǒng)機(jī)床和數(shù)控機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)方式都要求有相對寬闊的變速范圍（1～16）來確保加工過程中切速的合理選擇，進(jìn)而使表面質(zhì)量和生產(chǎn)效率得到提升，因此，對主軸變速箱進(jìn)行改造。

無論是連續(xù)控制還是點(diǎn)位控制，拖板運(yùn)動(dòng)的靈敏度、精度以及穩(wěn)定性都將直接影響到被加工零部件的最終坐標(biāo)精度。所以，要求拖板和配件的精度要高之外，還要滿足靈敏度及傳動(dòng)精度的要求。

采取減速齒輪箱來提升傳動(dòng)精度和傳動(dòng)扭矩（分辨率0.01mm）。傳動(dòng)比計(jì)算公式為：

式1中：α為伺服電機(jī)步距角（度）;p為絲杠螺距，mm;δ為脈沖當(dāng)量。

選取滾珠絲杠替代原滑動(dòng)絲杠，減少功率輸出，提升傳動(dòng)的靈敏性以及減少步進(jìn)電機(jī)力矩?fù)p失。

自動(dòng)刀架不僅可以用于數(shù)控機(jī)床微機(jī)控制元件，還可以替代普通車床手動(dòng)刀架，選用自動(dòng)刀架來完成一臺機(jī)床一次裝夾的多工序加工，由于其具有較高的重復(fù)定位精度，加上刀架體積小，所以適合用于強(qiáng)力車削且安全性高。

將原有拖板箱的位置拆除來安裝新拖板箱，并將新的拖板箱固定于滾珠絲杠螺母上。同時(shí)將走刀箱和掛輪箱的位置拆除，用于安裝拖板軸向伺服元件功率步進(jìn)電機(jī)、減速箱以及控制螺紋加工的主軸脈沖編碼器。將機(jī)床原有的變向杠、操縱桿和立軸等杠桿零件拆除，使得數(shù)控系統(tǒng)能夠控制機(jī)床的啟動(dòng)和停機(jī)，保持機(jī)床外型美觀、合理。

2 ?電動(dòng)機(jī)的選擇

2.1 主軸交流伺服電機(jī)

選取型號為1HP6167-4CB4的SIMODRIVE系列交流主軸電機(jī)，連續(xù)負(fù)載PH/kW=14.5，間歇負(fù)載（60%）/kW=17.5kW，短時(shí)負(fù)載（20min）/kW=19.25kW，額定負(fù)載n=5000r·min-1，最大轉(zhuǎn)速nmax=8000r·min-1，額定轉(zhuǎn)矩277N·m，慣性矩0.206/kg·m2。

2.2 縱向步進(jìn)電機(jī)的選擇

機(jī)床執(zhí)行一個(gè)進(jìn)給脈沖所產(chǎn)生的進(jìn)給量稱為脈沖當(dāng)量，用來衡量加工精度的重要技術(shù)參數(shù)。所以根據(jù)機(jī)床精度的要求來確定脈沖當(dāng)量，YUCY6150B的定位精度為±0.015mm，因此選用的脈沖當(dāng)量為0.01～0.005mm/脈沖。（見表1、圖2）

2.3 橫向步進(jìn)電機(jī)的選擇

初取型號為：110BYG5602的橫向步進(jìn)電機(jī)（見表2、圖3）

2.4 交流接觸器的選擇

在這次控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)中，采用了TeSys系列的交流接觸器，按照所對應(yīng)的電機(jī)和其工作參數(shù)如電壓U、電流I、功率P、頻率F及工作制等設(shè)定接觸器的額定參數(shù)。額定電流要是1～1.4倍控制電流（或經(jīng)驗(yàn)公式2PN 選取，PN為電動(dòng)機(jī)功率），選取型號為：LC1-D09F7C的交流接觸器，線圈電壓110V。

2.5 中間繼電器選擇

它是用于自動(dòng)控制系統(tǒng)和繼電保護(hù)，增加接觸點(diǎn)的容量和數(shù)目， 用來傳輸控制電路的中間信號。選取型號為JZ7-44的中間繼電器。

2.6 保護(hù)電器選擇

當(dāng)電流超過規(guī)定值時(shí)，可以將熔斷器自身保險(xiǎn)絲熔斷并斷開。它是根據(jù)電流值超過規(guī)定電流，過段時(shí)間后，用它自己發(fā)生熱量熔化熔體，使電路斷開的電氣設(shè)備，一個(gè)電流保護(hù)器就是由這一原理制成的。選取型號為：RL1-15/6的熔斷器，其電流為電機(jī)額定電流的1.5～2.5倍。

考慮受保護(hù)對象的使用環(huán)境、工作條件、過載能力、負(fù)載特性等因素。例如，熱繼電器的設(shè)定值可以等于電動(dòng)機(jī)的額定電流的0.95～1.05倍，或熱繼電器設(shè)定電流的值等于電動(dòng)機(jī)的額定電流，然后調(diào)整。選取型號為：LRD-01C的熱繼電器，設(shè)定電流為：0.14A。

3 ?PLC工作原理和選擇

PLC可編程控制器采用圓形掃描模式，在可編程控制器中，用戶程序以存儲、中央處理器的指令從第一指令開始執(zhí)行，直到遇到結(jié)束，然后返回到第一指令，如此周而復(fù)始的不斷循環(huán)。PLC的掃描過程如圖4。可編程控制器分為輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新這樣的三個(gè)階段。以上所述的三個(gè)階段叫做一個(gè)掃描周期。

可編程控制器的選擇主要來自于可編程控制器的型號、容量、輸入/輸出模塊、電源模塊、特殊功能模塊、通信網(wǎng)絡(luò)能力等方面的考慮。（見表3）

綜合考慮，選取型號為FX1S-30MR-001的可編程序控制器，輸入＼輸出總點(diǎn)數(shù)為30，輸入點(diǎn)數(shù)INPUT為16，輸出點(diǎn)數(shù)OUTPUT為14，繼電器輸出，可以滿足設(shè)計(jì)的要求。

由車床原理，做出I/O 口分配可以知道。做出PLC的輸入、輸出I/O電氣接線圖，如圖5。

4 ?結(jié)束語

本文主要講述將普通車床改造升級為數(shù)控機(jī)床，很大程度上提高了勞動(dòng)生產(chǎn)的效率，帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。PLC控制系統(tǒng)的改造更是使機(jī)床各項(xiàng)性能都得到了提升與改善，使機(jī)床的維修和檢查帶來方便，也節(jié)省了原來機(jī)床的大量空間，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床的啟動(dòng)、刀具快速移動(dòng)、定位精確、加工、冷卻等一系列的功能，把計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、通訊技術(shù)都集成于一臺機(jī)床上。

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