加工中心的改造

第28卷第2期具工自葡化Vl.28,No.22009年2月Ordnance Industry automationFeb.2009文章編號:1006-1576(2009)02-007402加工中心的改造董明玉,范華獻(中國兵器工業(yè)第五八研究所數控事業(yè)部,四川綿陽(yáng)621000摘要:介紹一種立式加工中心的改造,結合機床的特點(diǎn),重點(diǎn)介紹機床主軸部分的改造。選用 FANUC0i-MC數控系統及山軸伺服系統及主軸伺服系統對機床進(jìn)行控制,并使用 HEIDENHAIN光柵尺作為各軸的位置檢測元件,構成全閉環(huán)控制系統關(guān)鍵詞:立式加工中心;主軸控制;改造中圖分類(lèi)號:TG502文獻標識碼:ATransformation of a Machining CenterDONG Ming-yu, FAN Hua-xian(Dept of CNC Products, No 58 Institute of China Ordnance Industries, Mianyang 621000, China)Abstract: Combining with machine tool characteristics, a modification scheme of the vertical machining center isintroduced, and the program focuses on the transformation of machine tool spindle. We select FANUC Oi-MC CNC system,a-axis servo system and spindle servo system to control the machine tool, and use hEIdENhAIN grating ruler as positidetecting component for each axle, so the close-loop control system is constitutedKeywords: Vertical machine center; Spindle control; Transformation0引言機床主軸速度范圍為:22~3550 r/min,共分4檔:作為精密加工設備,加工中心在經(jīng)過(guò)多年運行第1檔:速度范圍22~450r/min,齒輪減速比為1:6后,由于數控系統的更新?lián)Q代、系統備件難以購買(mǎi)第2檔:速度范圍451~900r/min,齒輪減速比為等原因給機床的維護帶來(lái)困難。但由于加工中心第1:3;第3檔:速度范圍901~1800r/min,齒輪減速體的機械精度高,在長(cháng)比為1:5:第4檔:速度范圍1801~350c-min,齒輪減速比為1:0.8。齒輪的換檔由液壓閥控制,由時(shí)間運行后仍能保證機床有較好的加工精度,可以接近開(kāi)關(guān)檢測是否到達要求檔位。由定位銷(xiāo)進(jìn)行主通過(guò)更換機床數控系統的方式進(jìn)行改造。在改造這軸定向時(shí)的精定位,以實(shí)現機床的自動(dòng)換刀控制類(lèi)設備時(shí),通常只對機床的控制部分進(jìn)行改造,機機床采用液壓刀庫,容量為18把刀,由機械手進(jìn)行床的機械結構、主要傳動(dòng)方式等均不變,僅根據機刀具出刀庫及裝刀上主軸等與換刀有關(guān)的操作。床的精度等狀況決定是否進(jìn)行機床大修,根據需要對局部進(jìn)行結構改造,這也使在改造時(shí)機床電氣系2機床改造方案統的控制存在一定的特殊性。故提出一種立式加工在機床本體機械精度有保證下,為保證機床在中心的改造方案,重點(diǎn)介紹其主軸控制的改造。改造后能加工μm等級精度零件,采用了以下方案:1)選用 FANUC0-MC數控系統及ai軸伺服改造前機床的控制方案系統及主軸伺服系統對機床進(jìn)行控制,采用改造前機床由直流伺服電機經(jīng)一級皮帶傳動(dòng)到 HEIDENHAIN光柵尺作為各軸的位置檢測元件,構滾珠絲桿控制機床的各進(jìn)給軸(X、Y、Z軸),由成全閉環(huán)控制系統。感應同步器作為各軸的位置檢測元件;轉臺由直流2)各伺服軸采用伺服電機,通過(guò)彈性聯(lián)軸結直伺服電機經(jīng)一級皮帶傳動(dòng)后經(jīng)蝸輪蝸桿控制旋轉,接與絲桿連接的方式進(jìn)行各軸的控制,消除原皮帶由液壓控制轉臺的夾緊/放松,由感應同步器進(jìn)行傳動(dòng)部分帶來(lái)的傳動(dòng)誤差,由機械部分的精度及全位置的檢測,構成四軸三聯(lián)動(dòng)全閉環(huán)控制系統。機閉環(huán)控制系統保證各軸的定位精度要求。床主軸由主軸直流伺服電機經(jīng)齒輪減速箱傳動(dòng)進(jìn)行主軸速度的控制,主電機轉速為:140~2800rmin。接要VI卻城坳不本,僅根據主電機的連中國煤化工生接作必要的重新設CNMHG收稿日期:2008-08-10:修回日期:2008-10-08作者簡(jiǎn)介:董明玉(1968-),女,四川人,高級工程師,1989年畢業(yè)于成都科技大學(xué),從事數控機床電氣設計及機床數控化改造研究·74·董明玉,等:加工中心的改造計,由主軸伺服電機與齒輪減速箱結合控制機床的指令時(shí),由PMC控制進(jìn)行自動(dòng)掛檔。主軸調速,利用原主軸定位的機械結構,結合數控S代碼讀至下一個(gè)程序段系統提供的主軸定向控制方式進(jìn)行自動(dòng)換刀時(shí)的主軸定向控制。齒輪選擇信號4)對液壓刀庫及換刀機械手,由系統內置GR20PMC控制刀庫內找刀、刀具的預選、最短路徑選刀、及自動(dòng)換刀等與刀具操作有關(guān)的動(dòng)作。5)為方便操作,根據機床各功能部件的特點(diǎn)及數控系統的特點(diǎn),在改造后增加換刀機械手在手動(dòng)TMFTFIN操作方式下分步點(diǎn)動(dòng)的操作功能,增加操作過(guò)程中主軸速度指令的提示功能,并根據機床液壓檢測開(kāi)關(guān)多的特點(diǎn),對各液壓檢測開(kāi)關(guān)的報警狀態(tài)進(jìn)行指示燈指示,同圖1齒輪換檔的控制時(shí)序時(shí)顯示報警信息,以方便機床的故障判斷及維修。主軸的定向控制主要用于機床的自動(dòng)換刀。在3機床主軸控制的改造進(jìn)行自動(dòng)換刀前,必須先將主軸停在某一特定位置然后才能進(jìn)行換刀動(dòng)作。在進(jìn)行主軸的定向控制由于選擇的是 FANUC a i系列主軸伺服電機,時(shí),利用原機床定位銷(xiāo)作精定位的檢測開(kāi)關(guān),在控其最高轉速達7000rmim,同時(shí)考慮主軸有足夠的制時(shí)采用“使用外部一次旋轉信號”的方式進(jìn)行主輸出力矩,在改造時(shí)選擇使用齒輪減速箱的第1檔軸定向控制,如圖2和第3檔,即改原來(lái)的4檔變速為2檔變速。新檔M傳感器(或M傳感器)位的速度范圍設置為:低速檔:主軸速度范圍為0內置主軸電機1000r/min,機械傳動(dòng)比1:6,主電機工作轉速為0~6000r/min;高速檔:主軸速度范圍為1001~3550r/min,機械傳動(dòng)比115,主電機工作轉速為1502~JYA25325r/min。保證了主軸在絕大部分工作區域內主電機均處于恒功率調速區。TAPEA外都一次羲轉信號幾根據系統提供的齒輪換檔控制方式,結合主軸(換近開(kāi)關(guān))齒輪或同步皮帶定向可能的控制方式,選擇M型齒輪換檔方式B進(jìn)行主軸換檔的控制。在這種控制方式下,用戶(hù)只圖2主軸定向控制需用S代碼輸入要求的主軸轉速即可,是否需要進(jìn)4結論行換檔操作則由系統控制。當需要進(jìn)行齒輪換檔新系統和新功能部件的使用,不僅保證了原機時(shí),系統輸出SF信號及GRO、GR2O、GR30信床的精度,而且使改造后的機床具有較好的易維護號,PMC則用上述信號控制進(jìn)行齒輪的換檔操作。性,調整方便。在主軸部分的改造中,不僅利用了操作完畢,由PMC送出FN信號通知系統齒輪換原機床主軸部分的機械結構,而且保證了改造后機檔完成,使主軸按要求的轉速旋轉。齒輪換檔時(shí)的床主軸部分有很好的輸出力矩和調速性能,也保證控制時(shí)序如圖1。了機床主軸部分所需的所有控制功能的實(shí)現在系統參數設定時(shí),設定SF信號僅在齒輪換檔時(shí)輸出。同時(shí),在換檔過(guò)程中使用SOR(主軸定參考文獻:向)信號,使當齒輪在嚙合過(guò)程中主電機以恒定速 I FANUC AC SPINDLE MOTOR a i series PAR度旋轉,確保齒輪換檔動(dòng)作的完成,并用接近開(kāi)關(guān)) BEIJING-FANUC Oi-MODEL C CONNECTION對是否換到要求檔位進(jìn)行確認。CTIONZI根據機床的操作要求,設計了用M代碼控制執3]FA中國煤化工 METER MANUALIZ]行主軸的脫檔(掛空檔)操作,即只要主軸處于停(ACNMHGS(Z止狀態(tài),就可執行主軸的脫檔操作。操作完畢,可MANUaLlY用M代碼進(jìn)行掛低速檔操作,也可在主軸執行速度6]KD2 CNC-MCT schematic diagram