蒋旭敏
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摘要:介绍了普通车床的数控改造条件，同时介绍了对CA6140车床的主传动系统和进给传动系统进行了数控化改造 的过程。改造后的数控车床的加工能力、自动化水平和加工精度明显提高。同时介绍了该车床机电联动调试的经验。 关键词:普通车床;数控改造 中图分类号: TG659 文献标识码: B 文章编号: 1001-3881 (2006) 4-208-2 企业要在激烈的市场竞争中获得生存、得到发展，它必须在最短的时间内以优异的质量、低廉的成本，制造出合乎市场需要的、性能合适的产品，而产品质量的优劣，制造周期的快慢，生产成本的高低，又往往受工厂现有加工设备的直接影响。目前，采用先进的数控机床，已成为我国制造技术发展的总趋势。购买新的数控机床是提高数控化率的主要途径，而改造旧机床、配备数控系统把普通机床改装成数控机床也是提高机床数控化率的一条有效途径。我校为适应现代化生产和教学，对CA6140车床进行了数控化改造。 1 机床数控化改造的条件 1·1 机床基础件有足够的刚性 数控机床属于高精度机床，工件移动或刀具移动的位置精度要求很高，必须在0·001~0·01mm之间，高的定位精度和运动精度要求原有机床基础件具有很高的静刚度和动刚度。本次用于改造的CA6140车床自购进后一直保养良好，机床基础件刚性满足要求。 1·2 机床数控改装的总费用合适，经济性好 机床数控改装分两部分进行:一是维修机械部分。更换或修理磨损零件，调试大型基础零件，增加新的功能装置，提高机床的精度和性能，另一方面是舍弃原有的一部分进给系统，用新的数控系统和相应的装置来替代。改造总费用由机械维修和增加的数控系统两部分组成。若机床的数控改造的总费用仅为同类型车床价格的50% ~60%时，该机床数控改造在经济上适宜。经过考查，若购买同样配置的车床约需10万元，而我校机床数控改造的总费用为5·1万元，仅占51%，因此该机床数控改造在经济上是合适的。 2 系统配置及主要技术规格 该系统由SIEMENS 802S系统、接口电路、驱动线路及步进电机等组成，另外还配有自动转塔刀架、主轴变频调速器及主轴编码器等，系统属开环控制系统。其主要技术性能和参数如下: (1)系统控制部分。采用SIEMENS 802S系统，键盘和显示部分装在面板上。 (2)系统软件具有若干指令。其中加工指令有 直线、斜线、螺纹、锥螺纹和圆弧等5条指令。可实现车削外圆、端面、台阶、割槽、锥度、倒角、螺纹、顺圆弧和逆圆弧等操作。控制指令有结束循环、暂停、延时、延时换刀、编码换刀、通讯等，与加工指令配合，可加工出各种较复杂的零件。 (3)系统环境工作条件。温度-10~+40℃;湿度为40% ~80%。 (4)输入电网电压。交流(220±22)V;频率为50Hz;电流为1·5A。 (5)步进电机。BYG550C-2型电机两台，驱动电压为110V;相电流为2·5A;步距角为0·36°/步;静力距为12N·m。 3 主传动的数控化改造 机床主传动的作用是把电机的转速和转矩通过一定途径传给主轴，使工件以不同的速度运动，主传动性能的好坏，直接影响零件的加工质量和生产效率。考虑到改造的经济性，可乘用机床原有的普通三相异步交流电动机拖动。考虑到加工过程中当电网电压和切削力矩发生变化时，电机的转速也会随之波动，直接影响加工零件的表面粗糙度。因此为提高加工精度，实现主轴自动无级变速，在主轴上增加了交流异步电动机变频调速系统，从而不需进行机械换档。针对机床要求具有螺蚊切削功能，在主轴部位安装主轴脉冲发生器，如图1所示。为保证脉冲发生器与主轴等速旋转，即主轴转一周，主轴脉冲发生器也 图1 主轴脉冲发生器安装示意图转一周，主轴脉冲发生器的安装方式很重要。改装时，主轴传动必须经过原有CA6140车床主轴箱中58/58和33/33两级齿轮(实现1∶1)传递到原有CA6140车床的挂轮轴X，拆除挂轮留出空间，安装脉冲发生器，并用法兰盘固定。 4 进给传动的数控化改造 进给传动的作用是接受数控系统的指令，驱动刀具作精确定位或按规定的轨迹作相对运动，加工出符合要求的零件，对进给传动的要求是高精度、高速度。改造中我们采用步进电机驱动系统实现开环控 图2 进给传动系统制，这样结构简单，安装调试和维修都非常方便。 4·1 进给传动链 图2为普通车床改造后的进给传动链，刀具纵向(Z轴)移动由步进电机，经接口箱内一对减速齿轮，转动纵向移动的丝杆而实现。刀具的径向(X轴)移动由步进电机，经接口箱内一对减速齿轮，转动横向移动丝杆而实现，该传动链与原机床的传动链相比，摆脱了结构复杂的进给箱和拖板箱。 4·2 接口箱内减速齿轮的齿数比 该车床要求的控制精度为: Z向0·005mm， X向为0·0025mm，即当执行一个脉冲指令时，工件的长度和直径均变化0·005mm。BYG550C-2型步进电机的步距角为0·36°，每周步距数为360/0·36=1000(步/周)， X向丝杠螺距为4mm，脉冲当量为0·0025mm，Z向丝杠螺距为6mm，脉冲当量0·005mm。按公式 主动轮齿数 从动轮齿数=步/周×脉冲当量丝杠螺距则X向:Z主/Z从=1000×2·5/4000=5/8Z向:Z主/Z从=1000×5/6000=5/6 4·2 接口箱内减速齿轮的齿数比 该车床要求的控制精度为: Z向0·005mm， X向为0·0025mm，即当执行一个脉冲指令时，工件的长度和直径均变化0·005mm。BYG550C-2型步进电机的步距角为0·36°，每周步距数为360/0·36=1000(步/周)， X向丝杠螺距为4mm，脉冲当量为0·0025mm，Z向丝杠螺距为6mm，脉冲当量0·005mm。按公式 主动轮齿数 从动轮齿数=步/周×脉冲当量丝杠螺距则X向:Z主/Z从=1000×2·5/4000=5/8Z向:Z主/Z从=1000×5/6000=5/6 4·3 传动滚珠丝杠副 数控机床要求进给部分移动元件灵敏度高、精度高、反应快、无爬行，采用滚珠丝杠副可以满足上述要求。在结构中，用普通滚珠丝杠副实现将旋转运动变换为直线运动。滚珠丝杠螺母副安装时需预紧，通过预紧可消除滚珠丝杠螺母副的轴向间隙，提高传动刚度。预紧的方法是采用双螺母齿差调隙式结构(图3)。通过改变两个螺母的轴向相对位置，使每个螺母中滚珠分别接触丝杠滚道的左右两侧来实现的。 图3 双螺母齿差调隙式结构 一般需要几次调整才能保证机床在最大轴向载荷下，既消除间隙，又能灵活运转。 4·4 刀架 根据需要，拆除原方刀架，安装620型四方刀架(图4)。该刀架由120W的三相交流异步电机正转驱动，使刀架正转选刀，到预定刀位时，电机则反转，使刀架夹紧。换刀方式有手控和机控两种。机控时当零件在加工过程中需要换刀时，数控系统发出预先编制好的换刀控制指令，控制器接到换刀指令时，立即驱动刀架回转。手控时，按动面板上的按钮，刀架能转一个刀位(90°)，也可连续按动按钮，直至任一刀位。 5 机电联动调试 5·1 机械调试 丝杠上，侧母线和横、纵导轨的平行度误差控制在0·01mm/全长之内;转动丝杠，丝杠轴向窜动在0·01mm之内;丝杠螺母同轴度误差控制在0·01mm之内。 5·2 机电联动调试 (1)单坐标点动，主要调试其有无动作，运动方向是否符合要求，机械传动是否正常，有无不正常响声等。 1·上刀体 2·活动销 3·反靠盘 4·定轴 5·蜗轮 6·下刀体 7·螺杆 8·离合器盘 9·霍尔元件 10·磁钢 图4 四方刀架结构图 (2)点动合格后，做连续运动。反复多次，若出现故障或异常，排除后方可继续进行。 (3)先试Z坐标方向，后试X坐标方向，这是因为Z坐标方向调试方便。 (4)测量两坐标重复定位精度。在Z向坐标做连续移动时，若发现与丝杠相联的齿 额定转速: 2000r/min 额定输出功率: 2kW 编码器:绝对位置检测方式，分辨率1000000p/r 轴端形式:锥轴伺服放大器采用与电机配套的SJV2系列20型，其驱动能力为2kW。对于2kW电机，也可采用SJV2系列的10型放大器，但此时的输出扭矩要比20型减少1/3，不利于大功率切削。I/O设备选用型号为HR341的基本I/O单元，主要用于机床操作面板及与机床间的输入输出控制。另外附加一个远程I/ODX110，主要用于教学功能的“故障模拟设置”的输入输出。伺服及I/O单元连接原理图如图2所示。 图2 电气连接原理图 2·2·2 主轴控制 主轴电机采用交流变频控制电机，由变频器进行控制，转速范围60~6000r/min。模拟量由基本I/O单元的A0端口输出0~10V的直流电压，变频器根据输入的电压变化而输出相应的转速。由于模拟主轴电机没有编码器，因此在发出转速命令后，系统无法检测到主轴的是否运行。为解决这一问题，我们利用变频器上的功能端子，将其通过参数设置成“到达指令频率闭合”状态，并通过PLC检测此信号，从而实现对电机的运转进行监控。 2·3 教学功能的附加 本机改造后除保证加工功能和精度外，还要满足一定的教学功能。所谓的教学功能主要是针对学习数 控系统调试及维修人员而设立的附加功能。该功能通过参数设置及调整PLC程序人为地设置故障，让学生通过故障现象先判断故障种类，再分析故障产生的原因，直至排除故障。通过这种实训，学生可全面学习工业现场可能出现的故障现象，掌握故障排除方法，提高学生解决现场问题的综合能力。 3 结束语 我国现有机床中，近几年急需技术改造的约占25%，这将蕴藏着无限商机。机床改造主要是采用数控和计算机控制技术，我国数控机床发展和机床数控化改造应紧跟世界潮流，发展多轴联动数控系统，开发高速、高精度、高效加工中心等关键技术，向智能化方向发展
我是做数控的，，需要写的是什么，工作体会还是安全生产？具体点 我数控学习的心得我刚上大学时我毫不明白数控专业是什么，也不太清楚我们这个专业将来实际到底该做哪一行的工作，还想过要调换专业，最终还是没有，曾几何时我们这个专业将来到底有没有前途~~我一直不清楚！但今天，我告诉你！！好好学吧！！前途无量！！专家们预言：二十一世纪机械制造业的竞争，其实质是数控技术的竞争。 2002年10月29日~~11月8日，华中科技大学国家数控系统工程技术研究中心数控职业教育培训调研组对东北三省以及江苏、上海、浙江的十多所正在或准备从事数控技术人才培养的各层次学校(主要是职业技术学院)的教学、培训工作开展情况和所用设备状况及其该地区数控技术人才需求情况进行了一系列调研。具体情况如下： 一、数控人才市场需求 在发达国家中，数控机床已经大量普遍使用。我国制造业与国际先进工业国家相比存在着很大的差距，机床数控化率还不到2％对于目前我国现有的有限数量的数控机床(大部分为进口产品)也未能充分利用。原因是多方面的，数控人才的匾乏无疑是主要原因之一、由于数控技术是最典型的、应用最广泛的机电光一体化综合技术，我国迫切需要大量的从研究开发到使用维修的各个层次的技术人才。 数控人才的需求主要集中在以下的企业和地区： 1、国有大中型企业，特别是目前经济效益较好的军工企业和国家重大装备制造企业．军工制造业是我国数控技术的主要应用对象． 杭州发电设备厂用6000元月薪招不到数控操作工。 2、随着民营经济的飞速发展，我国沿海经济发达地区(如广东，浙江、江苏、山东)，数控人才更是供不应求，主要集中在模具制造企业和汽车零部件制造企业。 具有数控知识的模具技工的年薪已开到了30万元，超过了“博士”。 二、数控人才的知识结构 现在处于生产一线的各种数控人才主要有二个来源：一是大学、高职和中职的机电一体化或数控技术应用等专业的毕业生，他们都很年轻，具有不同程度的英语、计算机应用、机械和电气基础理论知识和一定的动手能力，容易接受新工作岗位的挑战。他们最大的缺陷就是学校难以提供的工艺经验，同时，由于学校教育的专业课程分工过窄，仍然难以满足某些企业对加工和维修一体化的复合型人才的要求。 另一个来源就是从企业现有员工中挑选人员参加不同层次的数控技术中、短期培训，以适应企业对数控人才的急需。这些人员一般具有企业所需的工艺背景、比较丰富的实践经验，但是他们大部分是传统的机类或电类专业的各级毕业生，知识面较窄，特别是对计算机应用技术和计算机数控系统不太了解。 对于数控人才，有以下三个需求层次，所需掌握的知识结构也各不同： 1、蓝领层： 数控操作技工：精通机械加工和数控加工工艺知识，熟练掌握数控机床的操作和手工编程，了解自动编程和数控机床的简单维护维修。适合中职学校组织培养。此类人员市场需求量大，适合作为车间的数控机床操作技工。但由于其知识较单一，其工资待遇不会大高。 2、灰领层 1)数控编程员：掌握数控加工工艺知识和数控机床的操作，掌握复杂模具的设计和制造专业知识，熟练掌握三维CAD／CAM软件，如uc、ProE等；熟练掌握数控手工和自动编程技术；适合高职、本科学校组织培养。适合作为工厂设计处和工艺处的数控编程员。此类人员需求量大，尤其在模具行业非常受欢迎；待遇也较高。 2)数控机床维护、维修人员：掌握数控机床的机械结构和机电联调，掌握数控机床的操作与编程，熟悉各种数控系统的特点、软硬件结构、PLC和参数设置。精通数控机床的机械和电气的调试和维修。适合高职学校组织培养。适合作为工厂设备处工程技术人员。此类人员需求量相对少一些，但培养此类人员非常不易，知识结构要求很广，适应与数控相关的工作能力强，需要大量实际经验的积累，目前非常缺乏，其待遇也较高。 3、金领层 数控通才：具备并精通数控操作技工、数控编程员和数控维护、维修人员所需掌握的综合知识，并在实际工作中积累了大量实际经验，知识面很广。精通数控机床的机械结构设计和数控系统的电气设计，掌握数控机床的机电联调。能自行完成数控系统的选型、数控机床电气系统的设计、安装、调试和维修。能独立完成机床的数控化改造．是企业(特别是民营企业)的抢手人才，其待遇很高。适合本科、高职学校组织培养。但必须在提供特殊的实训措施和名师指导等手段，促其成才。适合于担任企业的技术负责人或机床厂数控机床产品开发的机电设计主管。 对于以上各类数控人才，主要的基础知识基本相同，专业课的内容和重点不同。在课程设置方面应特别加强实训内容和与企业实习的内容。 bread：如果你是刚刚学，我建议你从基本的编程开始，循序渐进，慢慢来！ 如果你已具备一些知识，你可以从机床结构等下手 这样可以吗？或者 现代数控车床对刀方法的探讨摘 要：以现代数控车床为例，假设编程原点选在工件右端中心，介绍了几种常用的数控车床对刀方法。关键词：对刀 工件 坐标系对刀是数控车床加工中极其重要和复杂的工作，对刀的目的就是建立工件坐标系或是编程坐标系的过程。就是使刀架上每把刀的刀位点都能准确到达指定的加工位置。或是使工件原点（编程原点）与机床参考点之间建立某种联系。其中刀位点是刀具上的一个基准点，刀位点的相对运动轨迹就是编程轨迹，而机床参考点是数控机床上的一个固定基准点，该点一般位于机床移动部件沿其坐标轴正向的极限位置。在现代数控车床操作中，对刀的方法比较多，笔者根据自己多年的实践经验，现总结以下几种常用的对刀方法，以便和数控界同仁商榷。一、试切法对刀1、使用G50、G92指令对刀在对刀时，我们可以通过设置刀具起点相对工件坐标系的坐标值来设定工件坐标系，如图1所示，对刀的目的就是将刀具的刀位点移至A点，这样，通过A点间接确定出工件的编程坐标系原点O的位置。对刀步骤如下：（1）使数控车床返回机床参考点。（2）使刀具原有的偏置量清零。（3）用“手轮”方式车削工件右端面和工件外圆。（4）使刀具退到工件右端面和外圆母线的交点，如图1所示中C点的位置。（5）让刀尖向Z轴正向退α mm（可使用相对坐标清零方式操作）。（6）停止主轴转动。（7）用外径千分尺测量工件外径尺寸d。（8）让刀尖向X轴正向退b-d。（9）则刀尖现在的位置就为程序中G50（G92）规定的位置。要求其程序形式为：O * * * *（程序号）N10 G50（G92） Xα ZbN20 …………至此，对刀工作全部结束，可以调出程序进行加工了。但要注意的是采用此种方法对刀，加工前必须将刀具的刀位点放在指定的位置上，而且此种对刀方法，仅适合一把刀具加工工件。2、使用G54/G55/G56/G57/G58/G59指令对刀我们可以使用现代数控车床提供的存储型零点偏置模式建立坐标系，它是将对刀特定点的当前机床坐标输入到数控系统零点偏置的存储单元中，从而得到刀具当前刀位点的工件编程坐标。对刀步骤如下： （1）使数控机床返回机床参考点。（2）使刀具原有的偏置量清零。（3）用“手轮”方式车削工件右端面。（4）沿+X方向退刀，并停下主轴（不要在+Z方向上移动刀架）。（5）把当前该把刀的机床坐标系下的Z方向坐标值，输入到G54零点偏置存储单元上的Z方向坐标上。（6）用“手轮”方式车削工件外圆。（7）沿+ Z方向上退刀，并停下主轴（不要在+ X方向上移动刀架）。（8）测量车削后的外圆直径d。（9）读取当前该把刀的机床坐标下的X方向坐标值，并把此值减去外圆直径d后的坐标值，输入到G54零点偏置存储单元中的X坐标上。用同样的方法，可以把第2刀、第3刀……，对应的输入到G55、G56……G59零点偏置存储单元中。要求程序形式为：O * * * *（程序号）N10 T0101（调用已经设有刀偏量的1号刀）N20 G54 X Z M03 S600（调用通过G54设置的工件坐标系）……Nχχ T0202（调用已经设有刀偏量的2号刀）Nχχ G55 X Z M03 S500（调用通过G54设置的工件坐标系）……采用此种方法对刀，加工前无须将刀具放在一个特定点上，而且适合多把刀具加工工件。3、使用绝对型刀具位置补偿方式对刀数控系统通过对刀可以直接获得每把刀具的刀位点相对于工件编程坐标原点的机床绝对坐标，并将此坐标直接输入到数控系统的刀具位置存储单元中，在程序中调用带有刀具位置补偿号的刀具功能指令后，即建立起工件的编程坐标系。对刀步骤如下： （1）使数控机床返回机床参考点。（2）用“手轮”方式车削工件右端面。（3）沿+X方向退刀，并停下主轴（不要在+Z方向上移动刀架）。（4）选择数控车床操作面板中的“刀补”键或是“OFFSET”键，在相对应的刀号上输入Z=0。（5）用“手轮”方式车削工件外圆。（6）沿+ Z方向上退刀，并停下主轴（不要在+ X方向上移动刀架）。（7）测量车削后的外圆直径d。（8）选择数控车床操作面板中的“刀补”键或是“OFFSET”键，在相对应的刀号上输入X=d。采用该种方法对刀，加工前无须将刀具放在一个特定点上，而且程序中并无G50、G54等指令。4、使用相对补偿法对刀此种对刀方法是先确定一把刀作基准（标准）刀，并设定一个对刀基准点，把基准刀的刀补值设为零，然后使每把刀的刀尖与这一基准点接触，利用这一点为基准，测出各把刀与基准刀的X、Z轴的偏置值△X、△Z，如图2所示。这样就得出每把刀的刀偏量，并把此值输入到数控系统当中。此种方法操作简便易行。采用该种方法对刀，加工前也无须将刀具放在一个特定点上，而且程序中也无G50、G54等指令。二、光学检测对刀仪对刀（机外对刀）它是将刀具随同刀架座一起紧固在刀具台安装座上，摇动X向和Z向进给手柄，使移动部件载着投影放大镜沿着两个方向移动直至刀尖或假想刀尖（圆弧刀）与放大镜中+字线交点重合为止。如图3所示，通过读数器分别读出X和Z向的长度值，即为该刀具的对刀长度，并把此值输入到数控系统当中去。此种方法是预先将刀具在机床外校对好，以便装上机床即可以使用，大大节省辅助时间。三、机械检测对刀仪对刀此种方法是使每把刀的刀尖与百分表测头接触，得到两个方向的刀偏量，如图4所示，并把此值输入到数控系统当中。此种方法操作简便、易行，但需要数控机床装有专用设备。每一种对刀方法都有其自身的优缺点，操作者可以根据自己的实际需要，灵活运用，这样会使整个对刀工作即简单，又能保证加工质量，还大大节省辅助时间，有效地提高生产效率。
