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基于CA6140车床的数控化改造
来源:互联网 qikanw | 冯华勇 宋健
【分  类】 机械与建筑工程
【关 键 词】 CA6140;车床;数控化改造
【来  源】 互联网
【收  录】 中文学术期刊网
正文:
 [摘  要]本文在对CA6140车床机械、电气、系统等方面进行分析的基础上,进行了数控化的改造,详细地描述了改造方案的设计,改造设计的内容和联机调试要完成的工作。改造后的车床投入使用后,运行稳定,收到了良好的效益。
[关键词] CA6140;车床;数控化改造
Abstract: This article analyzes CNC reforming scheme, steps and procedure based on the CA6140 lathe’s machinery, electrical and system. It describes in detail the design of CNC reform, the contents of design and on-line design to complete the work of debugging. Lathe modified and put into service, running stability and good benefits.
Keyword: CA6140; Lathe; NC transformation
 
机床CA6140是我院的一台普通卧式车床,原来主要是对各种零部件进行粗加工。但由于该设备采用的是继电器逻辑控制,线路老化严重,故障频繁;且许多主要电器元件现已经淘汰,备件购买困难而且周期长,不易维护,属于淘汰的设备。针对这种情况,我们对该车床进行全面的电气和机械改造。
改造方案的设计 
由于采用经济型数控改造,故在考虑具体方案时,我们是在满足使用要求的前提下,对机床的改动尽可能少,以降低成本。总体方案的确定如图一所示:采用西门子经济型数控系统802C对数据进行计算处理;伺服电动机经同步带齿形带传动后,带动滚珠丝杠转动,从而实现纵向、横向进给运动;刀架采用自动转位4工位刀架;主轴变速采用变频器调速控制。  

图1   数控改造总体方案示意图
改造设计的内容
2.1进给轴的改造
原车床的X轴和Z轴均由同一电机驱动,走刀运动经走刀箱传动丝杠及溜板箱,获得不同的工件螺距即Z轴运动;走刀运动经走刀箱传动光杆及溜板箱,获得不同的进刀量即X轴运动。我们改造时去掉走刀箱及溜板箱,改用进给伺服传动链分别代替,具体体现为:
Z轴:纵向电机——同步齿形带——纵向滚珠丝杠——大拖板,纵向按数控指令获得不同的走刀量和螺距。
X轴:横向电机——同步齿形带——横向滚珠丝杠——横滑板,横向按数控指令获得不同的走刀量。
改造后整个传动链的传动精度在保证机床刚性的前提下,与滚珠丝杠副的选择和布置结构形式、机床导轨的精度情况等有很大的关系。
2.1.1滚珠丝杠副的选择
原车床采用的是T型滑动丝杠副,与滚珠丝杠副相比磨擦阻力大、传动效率低,不能适应于高速运动。另外由于磨损快,造成其精度保持性和寿命低等,在进行数控化改造时将其更换为滚珠丝杠副。
2.1.2机床导轨
原车床导轨采用的是滑动导轨,其动、静磨擦系数大,在使用一段时间后都会有不同程序的磨损,对机床传动精度和其保持性带来很大的影响。因而在对其进行数控化改造的同时必须针对机床导轨状况进行必要的检修处理,对于磨损较严重的进行大修,即进行磨削、淬火、贴塑、配刮等处理,同时采用合理的润滑,充分保证其精度。
2.1.3电机与丝杠的联接
在满足机床要求的前提下,为减少中间环节带来的传动误差,我们将电机与丝杠副通过同步齿形带来传动。
2.2电动刀架的选择
选用常州亚兴机床数控设备厂生产的LD4系列电动刀架。
2.3主轴部份的改造
车床主轴带动工件以不同转速旋转是车削加工中的主运动,其主轴箱由原机械主轴单元加变频电机和变频器组成。为了确保机床能进行螺纹加工,我们在主轴末端增装一光电编码器,其转速与主轴转速一致,主轴转一周,光电码盘转一转, 通过反馈给系统控制进给轴与主轴的同步性,从而加工出理想螺距的螺纹,此处我们采用增量式光电码盘,其线数为1024线。
2.4数控系统的选择
数控系统主要有三种类型,一种为步进电机拖动的开环系统,一种为编码器反馈的半闭环数控系统,一种为光栅测量反馈的闭环数控系统。
结合本次改造的具体情况,我们采用西门子经济型数控系统802C base line半闭环系统。802C base line是德国西门子公司生产的一种微处理数字控制系统,它可以控制2到3个伺服电机进给轴和一个伺服主轴或变频主轴。该系统的伺服驱动装置主要是伺服电机。由数控系统送出的给定和使能信号,经伺服驱动器电路控制和功率放大后,使伺服电机转动,通过齿轮副与滚珠丝杠副驱动执行部件。只要控制数控系统送出的给定和使能信号,便可控制执行部件运动的位移量、速度和运动方向。由于伺服电机上的编码器将所测得的实际位置和速度反馈到伺服驱动器,再由驱动器反馈到CNC,故称之为半闭环系统。该系统的位移精度主要决定于伺服电机上编码器的分辨率以及齿轮丝杠等传动元件的节距精度,所以系统的位移精度较高,能符合一般精加工的要求。
2.5电路设计说明
电气线路强电回路图如图3所示。

图2  电气线路强电回路图
2.5.1主轴电路

图3  变频器电路图
CA6140数控车床主轴采用变频器驱动三相交流异步电机实现主轴无级调速。
变频器采用LG公司的SV055iG5A-4通用变频器。按照数控装置发出的主轴驱动信号的特点,数控机床模拟主轴可以分为单极性模拟主轴和双极性模拟主轴。采用单极性模拟主轴时,数控装置主轴驱动接口输出的速度信号范围一般为0——10V,这个速度信号的大小直接决定着变频器输出的频率和主轴电机的速度,而主轴电机的旋转方向则由PLC控制;因此对于单极性主轴而言,在对PLC做I/O统计和地址分配时应考虑主轴正转和反转两个输出点,如图3中,KA1、KA2分别由PLC的输出点Q0.0、Q0.1控制;Q0.0输出有效,KA1动作,其常开触点闭合,向变频器送入正转控制信号,Q0.1输出有效时,KA2动作,其常开触点闭合,向变频器送入反转控制信号(此为方向控制的一种形式)。
变频器的故障报警输出作为系统的报警输入,如果主轴出现过流、短路、过热等故障时均可及时停止系统的运行,并发出报警信号。
2.5.3 电动刀架控制
电动刀架的刀位检测霍尔元件为输出电路为集电极开路输出方式,不能与数控系统直接相连,需要在各刀位检测电路输出端添加集电极上拉电阻。
2.5.4驱动器电路

图4  X轴伺服驱动器电路图
以X轴伺服驱动器电路图为例,采用速度控制模式,见图`4。伺服驱动器采用Panasonic MINAS A4驱动器及电机,驱动器的X1为电源插头,X2为伺服电机连接端子,X6为编码器插头,X5为控制信号插头,其联接电缆采用驱动器配置的专用电缆。其中X1接强电回路图伺服电源,X2直接接伺服电机,X6接伺服电机上编码器反馈。X5中即有脉冲输出反馈到CNC的X3,也有CNC X7的给定与使能信号,同时也有伺服报警信号反馈给CNC。
2.6  PLC的调试
一般情况下,在802C和各个部件连接完毕后,则需开始调试PLC的控制逻辑。至关重要的是必须在所有有关PLC的安全功能全部准备后才能开始调试驱动装置。
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