淺談普通車床主軸部件數控化改造探究

【摘 要】隨著機械制造行業快速發展，為做大做強數控專業，提高師生在科研水平和技能操作水平，我們積極探究普通車床的數控化改造。主軸系統的數控化改造包括主軸機械部件改造、主軸電氣系統改造和主軸參數設置三個方面。完成改造后基本可以滿足數控機床主軸相應使用功能。

【關鍵詞】數控化改造；主傳動系統；主軸電氣系統

一、機械部件改造

（一）主傳動系統

改造主傳動系統的時候，應盡量保存原主軸箱齒輪換檔機制，只有主軸的正轉、反向和制動從原來的機械控制更改為電氣數控系統控制。為了擴大速度范圍，多速電機以取代原始的單速電動機，這樣可以更好的機器性能。但由于多速電機的轉速的變化帶動功率變化，導致電機功率很大且改裝相當麻煩。所以一般不打采用這種方法進行普通機床數控化改造。普通車床數控化改造可以降低轉換成本，維持原機的精度，主傳動系統本質上是相同的，并保留了原有的機床主軸手動變速功能。改造后，主軸與進給運動分離，數控系統控制主軸啟動、停止、反向和冷卻液的開、關。C616車床保留原有的主傳動系統和變速操縱機構。一方面保留車床原有功能；另一方面減化了改造量。

（二）主軸編碼器的安裝

光電脈沖編碼器是常用于數控車床走刀和螺紋加工系統。它與主軸相連，主軸每轉發出的固定脈沖，零位標志輸出用于記錄的旋轉，對輸出脈沖數的主軸轉速，用于確定的零標記，進刀在固定位置的方向的相位，可以得到主軸每轉所需的走刀量使該通量是等于被加工螺距，也就是螺紋加工。

本次改造機床的主軸直接聯接驅動，以確保同步旋轉的編碼器和主軸，主軸的角位移轉換的光電編碼器的脈沖信號被發送到數控系統，數控系統控制交流伺服電機的進給速率，以確保速度的主軸進給量具有恒定值。主軸轉動縱向進給運動一個螺紋導程。利用主軸手動脈沖發生器來準確對刀和手動調節精度。而主軸脈沖發生器的安裝，通常采用良種方式：一是同軸安裝；二是異軸安裝。我們根據機床結構，在改造中采用同軸按的形式，傳動連接為剛性連接方式。這樣既能滿足車床主軸和主軸光電脈沖編碼器的傳動比為1：l，也未破壞車床原來主軸結構。安裝主軸光電脈沖編碼器時要特別注意：小心輕放，不可以有較大的碰撞和振動，以免損壞玻璃光柵盤導致報廢；車床主軸的轉速必須小于主軸光電脈沖編碼器最大允許速度，以免損壞編碼器。

二、電氣系統改造

（一）主回路設計

（1）強電主回路的控制。強電主回路的控制以QF1為電源總開關。QF2為主軸強電的空氣開關，它的作用是接通電源及短路、過流時起保護作用；KM3為主軸電機交流接觸器，由它們的主觸點控制相應電機。（2）電源回路圖的控制。電源回路圖的控制主要是變壓器控制。控制變壓器原線圈為AC380V，副線圈為AC110V、AC220V、AC24V，其中AC110V給交流接觸器線圈、強電柜風扇提供電源；AC24V給電柜門指示燈、工作燈提供電源；AC220V通過低通濾波器濾波給伺服模塊、電源模塊、

24V直流電源提供電源；VC1為24V直流電源，將AC220V轉換為AD24V電源，給世紀星數控系統、PLC輸入/輸出、24V繼電器線圈、伺服模塊、電源模塊等提供電源。

（二）控制電路設計

控制電路設計包括交流控制回路圖和直流控制回路圖。先將QF1、QF2空開合上，KM3主軸交流接觸器線圈通電，接觸器主觸點吸合，主軸變頻器加上AC380V電壓，若有主軸正轉或主軸反轉及主軸轉速指令時（手動或自動），PLC輸出主軸正轉Y10或主軸反轉Y11有效，主軸按指令值的轉速正轉或反轉；當主軸速度到達指令值時，主軸變頻器輸出主軸速度到達信號給PLC輸入X31，主軸轉動指令完成。

三、主軸相關的參數設置

與主軸控制相關的輸入/輸出開關量與數控裝置其他部分的輸入/輸出開關量的參數統一設置，不需要單獨設置參數。主軸控制接口（XS9）中包含兩個部件：主軸速度控制輸出（模擬電壓）和主軸編碼器輸入。需要在硬件配置參數、PMC系統參數和通道參數中設定。

四、總結

通過數控化改造后的機床具有主軸功能有：控制主軸正反轉和實現其不同切削速度的主軸無級變速；利用主軸光電編碼器加工螺紋，保證主軸轉一轉，工作臺移動一個被加工螺紋的螺距或導程。為C616型普通車床數控化改造完成加工中小型軸類、盤類以及螺紋零件打下基礎。

參 考 文 獻

[1]劉戰術，竇凱．數控機床及其維護[M]．北京：人民郵電出版社，2005

[2]陳子銀，屈海軍．數控機床電氣控制[M]．北京理工大學出版社，2008

[3]陳子銀，陳為華．數控機床結構原理與應用[M]．北京理工大學出版社，2008