通常而言，數(shù)控車床電氣系統(tǒng)可實現(xiàn)5-10年的無故障運行，而后便進(jìn)入到了故障的高發(fā)時期，為了確保其仍然保持較高的可靠性及穩(wěn)定性，必須對其進(jìn)行升級改造，以便確保其能夠繼續(xù)發(fā)揮作用，進(jìn)一步為企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。因此，本文以gs30型數(shù)控車床電氣控制系統(tǒng)為例，對車床參數(shù)進(jìn)行了改造及設(shè)計，并進(jìn)行了實驗驗收。
隨著我國數(shù)控車床的不斷發(fā)展，其如今已經(jīng)成為我國制造業(yè)中相當(dāng)重要的基礎(chǔ)裝備之一。數(shù)控車床主要包括機(jī)械系統(tǒng)以及電氣系統(tǒng)兩大部分。通常來說，對于電氣系統(tǒng)而言，其無故障運行期在5-10年之間，隨后便會進(jìn)入到故障的高發(fā)時期，但是，一般數(shù)控車床其機(jī)械部件若保養(yǎng)良好一般能夠使用20-25年，且精度、可靠及穩(wěn)定性能仍可以保持較高水平。如今，不少數(shù)控車床已經(jīng)運行了十多年，并步入了“損耗期”，這些陳舊的數(shù)控機(jī)床常常故障頻發(fā)，很多功能已經(jīng)無法很好地適應(yīng)如今大規(guī)模的生產(chǎn)需求，有必要針對數(shù)控車床相關(guān)設(shè)備進(jìn)行改造，以便提高企業(yè)設(shè)備的技術(shù)水平，通過少量投資對老數(shù)控車床的電氣系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的升級和改造，以便使其重?zé)ㄉ鷻C(jī)并繼續(xù)發(fā)揮其作用。
1、數(shù)控車床電氣控制系統(tǒng)
1.1 數(shù)控車床的工作原理及其功能分析
對于數(shù)控車床而言，以被加工零件的工作圖以及工藝過程卡為依據(jù)，通過對數(shù)控代碼及其程序格式進(jìn)行加工程序編寫的整個過程進(jìn)行規(guī)定，在數(shù)控系統(tǒng)中進(jìn)行準(zhǔn)確加工程序的輸入，并將已給定加工程序及輸入信號進(jìn)行相應(yīng)的運算、控制及其處理，而后將處理結(jié)果發(fā)送至控制系統(tǒng)中，從而對機(jī)床各部件進(jìn)行驅(qū)動，使其能夠以機(jī)械加工相關(guān)要求為依據(jù)進(jìn)行有序的運行，并自動進(jìn)行合格零件的制作。由于數(shù)控車床主要負(fù)責(zé)進(jìn)行軸類以及盤類回轉(zhuǎn)體零部件的加工，并自動完成圓柱面、圓錐面、斷面、圓弧面以及螺紋內(nèi)外工序的切削及其加工過程，因而在機(jī)械制造領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，經(jīng)改造后的數(shù)控車床也應(yīng)當(dāng)能夠滿足這些功能。
1.2 數(shù)控車床電氣控制系統(tǒng)電路分析
1）主軸電動機(jī)的電氣控制，主軸電機(jī)為交流變頻電動機(jī)，主要通過變頻器進(jìn)行驅(qū)動，對于其正、反轉(zhuǎn)以及速度等主要是由數(shù)控系統(tǒng)控制的。2）主軸控制，有關(guān)零件程序的輸入信號包括m03、m04以及m05，而有關(guān)機(jī)床操作面板的主要包括主軸的正、反轉(zhuǎn)，點動及停止，其中，主軸正轉(zhuǎn)輸出信號為q0.0，反轉(zhuǎn)為q0.1，停止為q0.2。3）其他相關(guān)輔助控制主要包括刀架、冷卻泵以及潤滑泵等電機(jī)。其中，冷卻泵電機(jī)控制中零件相關(guān)程序的輸入信號包括mo8及mo9；有關(guān)冷卻控制的輸出信號為q0.3。對于潤滑泵電機(jī)控制而言，其輸入信號主要來自于機(jī)床控制面板的導(dǎo)軌潤滑鍵，而輸出信號為潤滑控制q06。對于刀架電機(jī)控制而言，其輸入信號主要來自于刀位的檢測信號，零件有關(guān)程序t代碼包括i1.0；t1；i1.1；t2；i1.2；t3；i1.3；t4；刀架正轉(zhuǎn)輸出信號為q0.4，反轉(zhuǎn)為q0.5。
2、數(shù)控車床電氣控制系統(tǒng)的改造與設(shè)計
2.1 數(shù)控車床電氣控制系統(tǒng)改造設(shè)計總原則
本文以gs30型雙主軸數(shù)控車床為例，對其電氣控制系統(tǒng)的改造及設(shè)計進(jìn)行了研究。對于gs30型數(shù)控車床而言，經(jīng)多年使用后，無論在機(jī)械系統(tǒng)，還是電氣系統(tǒng)部分均有了較嚴(yán)重的磨損，因而運行時故障率及異常停機(jī)頻率的不斷升高，對于設(shè)備使用過程的安全性、穩(wěn)定性均造成了嚴(yán)重的影響，并導(dǎo)致生產(chǎn)質(zhì)量及生產(chǎn)效率的大幅降低。進(jìn)行g(shù)s30型數(shù)控車床的改造時應(yīng)考慮到其機(jī)械結(jié)構(gòu)的功能，并確保電氣控制系統(tǒng)的性能維持良好狀態(tài)。改造過程中必須從技術(shù)及經(jīng)濟(jì)效益兩大方面進(jìn)行考慮，盡可能維持車床現(xiàn)有的機(jī)械系統(tǒng)以及多數(shù)電氣控制系統(tǒng)，本文采用了siemens 840d數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了數(shù)控車床的電氣控制系統(tǒng)的技術(shù)升級及其改造，這樣不僅維持了數(shù)控車床的原操作習(xí)慣，還提高了設(shè)備運行過程的穩(wěn)定性及其可靠性，實現(xiàn)了設(shè)備生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀的有效改善，是一種技術(shù)及經(jīng)濟(jì)方面均較為優(yōu)良的改造方案。
2.2 數(shù)控車床電氣控制系統(tǒng)的改造及設(shè)計方案
1）數(shù)控車床改造的總體技術(shù)方案
數(shù)控車床主要是由機(jī)械及電氣兩大部分構(gòu)成，進(jìn)行總體方案的設(shè)計時必須從機(jī)、電兩大方面入手來對車床各功能實施及實現(xiàn)方案進(jìn)行考慮，以數(shù)控車床現(xiàn)狀為依據(jù)進(jìn)行分析對gs30型數(shù)控車床電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)改造，改造后總技術(shù)設(shè)計圖見圖1。
2）電氣系統(tǒng)部分的改造
本文采用的是840d數(shù)控系統(tǒng)對原有控制系統(tǒng)進(jìn)行了替代，因而有效實現(xiàn)了對機(jī)床位置的控制。840d軟、硬件配置同本機(jī)床原控制功能相符，即1主軸+5坐標(biāo)軸及雙通道；10.4寸的液晶顯示器、全功能cnc鍵盤以及薄型mcp操作面板；選擇的是帶有硬盤功能的puc，能夠進(jìn)行友好中文人機(jī)界面的顯示，并具有加工循環(huán)、螺補(bǔ)、圖形編程及其模擬等相關(guān)功能；原有系統(tǒng)被ncu單元611d驅(qū)動+1ph7主軸電機(jī)+1ft6伺服電機(jī)代替，因而確保了各軸功率及扭矩能夠滿足相關(guān)要求的規(guī)定；對x軸、z軸、u軸光柵尺以及w軸編碼器進(jìn)行了更換，并滿足了數(shù)控系統(tǒng)的相關(guān)要求；將副主軸由原來的開環(huán)控制改造成了半閉環(huán)控制，因而確保了同步軸功能的實現(xiàn)；
3）機(jī)械系統(tǒng)部分的改造
對x、z、u以及w軸的絲杠螺母副進(jìn)行了更換，并實現(xiàn)了機(jī)械精度的有效提高；進(jìn)行了新操作站的制作，并配以了cnc面板、鍵盤及其控制面板。
2.3 改造后數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)總圖
由于數(shù)控車床主要包括了控制介質(zhì)、伺服系統(tǒng)、機(jī)床本體以及數(shù)控裝置四大部分，因而經(jīng)改造后的車床系統(tǒng)組成框架圖見圖2。
3、改造后數(shù)控車床的驗收
數(shù)控車床驗收主要指的是借助于多種高精度儀器來對車床的機(jī)、電、液、氣等各大系統(tǒng)以及車床整機(jī)所進(jìn)行的單項及綜合性能、靜態(tài)及動態(tài)精度等的檢測，以此為基礎(chǔ)對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行綜合性的評價。其中，數(shù)控車床驗收內(nèi)容主要包括了機(jī)床定位、幾何以及切削等精度的檢測，及整個機(jī)床的綜合性能檢驗等方面。對gs30型雙主軸數(shù)控車床主要進(jìn)行了如下內(nèi)容的驗收：1）功能的驗證，通過對手動功能以及數(shù)控功能進(jìn)行驗證，前者是手動方式下
對機(jī)床m、s及t功能的驗證，后者采用了數(shù)控程序?qū)C(jī)床的各個部件的功能進(jìn)行了驗證；2）車床的幾何精度，以車床驗收檢驗項目以及允差為依據(jù)對其幾何精度進(jìn)行檢測，采用的主要儀器包括大理石檢驗方箱、磁力表座以及千分表等；3）定位及重復(fù)定位的精度，采用的是激光干涉儀來對x、z、u及w 軸進(jìn)行了檢測，間距為50 mm；4）試切件精度的驗證，此項檢測的是車床的綜合性能及精度；5）24 h考機(jī)運行，此項主要負(fù)責(zé)對車床機(jī)械動作的穩(wěn)定可靠性能進(jìn)行檢測；6）資料的驗收及其歸檔。