浅析普通机床的数控改造

数控机床在机械加工行业中的应用越来越广泛。数控机床的发展, 一方面是全功能、高性能; 另一方面是简单实用的经济型数控机床, 具有自动加工的基本功能,操作维修方便。数控机床的改造目的是要求机床稳定可靠, 以尽可能低的故障率运转。现将应用微机控制系统对C620- 1 车床改造过程进行综合分析。

一、微机控制系统的选择

目前市场上数控系统的类型比较多, 选择前首先应对拟改造的数控机床自身功能有一个充分的了解, 可依据价格合理、技术先进、服务方便的原则选择数控系统。这对于实现较高的性能价格比非常重要。数控系统所具有的功能要与准备改造的数控机床所能达到功能相匹配,尽量减少过剩的数控功能。故总体配置方案如下:

—PC 机采用工控PC 机可满足该控制系统的控制要求。

—运动控制卡采用由ADVANTECH 公司生产的PCL 运动控制卡。该卡是一种高速三轴步进电机运动控制卡, 它有16位的数字输入、输出口, 可实现三轴联动。

—光电耦合电路是自己设计的, 它的作用是能够隔离外部干扰信号对运动控制卡的信号冲击, 提高系统的稳定性。

—机床本体是由C620- 1 车床改造而来, 拆除原来的丝杆、溜板箱、变速箱等, 保留原来的三爪卡盘等。

—步进电机及其驱动器是采用南京四通公司的。驱动器的输入电压45V, 考虑步进电机的步距角和丝杆的螺距, 本系统X 轴的脉冲当量是0.00125, Z 轴的脉冲当量是0.0025。完全能够达到0.005mm 的加工精度要求。

—各种限位开关、减速开关、回零开关均安装在机床本体上, 限位开关是起着硬件限位的作用, 当车床加工工件超出加工范围时, 车床自动停止加工。减速开关的作用是当车床刀架回零并走到车床零点附近时, 减速开关被开启并通知车床减速走到零位置。

二、机械部分的改造

为了充分发挥数控系统的技术性能, 保证改造后的车床在系统控制下重复定位精度, 微机给无爬行、使用寿命长、外型美观的机械部分作了如下改动。

1.主轴系统改造

拆除了原来的主轴变速箱, 采用变频器+皮带+主轴+编码器。该系统的主轴速度也是有级调速, 共7 级, 速度可以从40r/min 到1200r/min, 不过每一档的速度可以根据需要通过设置变频器来实现。利用变频器的五个端子, 可以用数字量控制电机的正、反转, 停止及各档速度。本变频器是松下产品, 其中七档频率在A20~A26 中设置, 端口应该由端口控制器(A1) 控制。本系统没有采用手工机械调速, 所有的速度均由G 代码中的S 命令来控制。软件可以读取G 代码, 自动控制主轴电机转速。

2.进给系统的设计

进给系统要尽可能减少中间传动环节。本车床的X、Z 两轴进给系统去掉了原来的进给系统的中间传动环节, 直接采用了步进电机+刚性联轴器+滚珠丝杆的传动方案。拆除原来的丝杆, 增加少量的机械附件, 就可安装步进电机及滚珠丝杆螺母。据计算, 要求步进电机的扭距是5N.m。我们选用的步进电机是南京四通公司的86BYG250C- SAFRBC- 0302, 步距角选用0.9/ 1.8, 扭距是7.5N.m。驱动器的型号是SH20806, 输入电压是45V。

3.床身改造

为使改造后的机床有较高的开动率和精度保持性,应充分考虑机床零件、部件的耐磨性, 尤其是机床导轨的耐磨性。

在改造中利用旧床身, 采用GCR15 轴承钢淬硬到HRC56- 62 制成导轨, 用螺钉和粘剂固定在铸铁床身上。粘接前的导轨工作表面采用磨削加工, 表面粗糙度Ra0.8mm, 以提高粘接强度。

4.自动换刀装置

为了满足在一台机床上一次装夹完成多工序加工和应用数控系统T 功能, 经多次调研和试用, 最后确定采用WZD4 型自动刀架。该刀架体积小, 重复定位精度高,适用于强力车削并安全可靠。

三、效率与效果

车床经改造后不但保持了原机床主轴传动部分变速范围广的特点, 在机床运动控制上还可以利用编程语言编程控制。实践证明该机床操作方便, 降低了操作者劳动强度, 提高了产品质量, 而改造所需费用仅是购买简易数控车床价格的一半。