龍門銑床的數控改造

朱 亮,熊超美,王 杰

(1.湖北省地質勘察裝備中心,湖北武漢 430034; 2.中國地質大學,湖北武漢 430074)

·機械設備·

龍門銑床的數控改造

朱 亮1,熊超美1,王 杰2

(1.湖北省地質勘察裝備中心,湖北武漢 430034; 2.中國地質大學,湖北武漢 430074)

主要針對龍門銑床數控改造的數控系統和電氣系統進行研究與改進。通過對龍門機床進行總體結構的研究,對比出數控龍門銑床的優越性,做初步改造計劃并對數控系統和伺服系統進行選擇。選擇數控系統Hi800作為龍門銑床的控制核心,并對其進行研究。最后進行電氣系統的改造,給出龍門銑床電氣系統的具體改造和接線方法,包括重要部分的電氣連接,數控銑床弱電、強電的接口電路設計。

龍門銑床;數控改造;電氣系統

數控龍門銑床長時間工作后,設備、電器控制元件會老化,整體可靠性下降,出現故障頻率增加,機械傳動偏差加大,造成加工精度不高,速度減慢,單軸控制,電路復雜,操作繁瑣,性能不穩定,且效率低下。為解決上述問題,也為了適應現代制造工業發展,合理利用資源,針對龍門銑床的結構特點,對其進行改造。

1 龍門銑床的總體結構

龍門銑床整體結構示意圖如圖1所示。

圖1 龍門銑床示意圖

龍門銑床的結構特點:主機結構為工作臺移動、橫梁沿左右立柱上下移動,加工范圍長2 000 mm、寬900 mm、高700 mm,適用于各種機械上的大中型黑色金屬或有色金屬零件的水平平面、垂直平面、斜面溝槽、凹槽的銑削以及孔類的鏜擴加工的銑削等功能。

龍門銑床的主要結構性能:機床的主要構件床身、工作臺、橫梁、左右立柱、連接梁、龍門頂均為優質高合金耐磨鑄鐵鑄造,經特殊工藝加工,徹底消除機件負應力,保持機件性能穩定。床身、工作臺導軌采用靜壓卸荷和耐磨涂層技術,確保低速平穩性和精度保持性,負載、摩損、精度等均能滿足工作要求。

2 龍門銑床數控裝置和伺服系統的選擇

數控裝置在此處選用的是Hi800數控系統,系統采用WindowNT/2000操作系統及PA實時內核(Real TIME kernel),軟件數控(Soft CNC)技術的應用及開放式CNC架構,使用戶可以靈活地組態CNC功能模塊,適用領域寬,廣泛應用于數控銑床、數控車床、加工中心、車銑中心、數控磨床、龍門式機床、激光切割機、激光焊接機、數控沖床、高壓水射流切割機、木工機械等加工設備。

伺服系統主要分為三類:(1)開環控制系統;(2)閉環控制系統;(3)半閉環控制系統。半閉環控制系統兼具開環控制和閉環控制的特點,應用廣泛,故伺服控制系統選擇半閉環控制系統,如圖2所示。

圖2 半閉環控制系統

半閉環控制方式應用的伺服電機有直流伺服電機和交流伺服電機兩種,交流伺服電機轉子慣量較直流電機小,使得動態響應好。另外在同樣體積下,交流電機的輸出功率可比直流電機高10%～70%,而且容量可以比直流電機造得大,達到更高的電壓和轉速。故本設計中均采用交流電機作為半閉環控制系統的伺服電機。

3 電氣系統的改造

電氣系統的改造是將原龍門銑床的電氣系統改造為電氣系統與數控系統連接,并受數控系統控制的電路。在對原有機床的電氣系統改造時,要將主軸控制、數控裝置、驅動裝置及電動機接入電氣系統。

對機床電氣進行改造,須拆除原機床工作臺進給電動機及其相應強電線路。

為實現機床的主軸起/停和正/反轉、切削液的開/關、緊急停機、機床原點的設置、各坐標軸的限位等功能,銑床數控系統提供有由KA1～KA4四個繼電器和接線端子排構成的附件板,通過電纜與系統控制箱相連,接受系統的控制。系統計算機的輸入/輸出信號圖如圖3所示。

圖3 銑床數控化改造電氣原理圖

將附件板安裝在強電柜內,將控制線分別接到機床電氣的受控點,如圖4所示。

圖4 銑床電氣改造原理圖

1.坐標軸的驅動用隨機電纜將各軸步進電動機與系統驅動柜相應插座相連,即可實現坐標軸的驅動控制。

2.主軸起/停和正/反轉、切削液的開/關均通過系統控制 KA1～KA4四個繼電器的吸合/斷開,從而使機床中相應的交流接觸器吸合/斷開來實現。

3.緊急停機開關SB5,系統用三個SQ4到SQ6作為機床個坐標軸的原點檢測器件,坐標軸的限位,將系統的信號線接到三個行程開關SQ1到SQ3上,即實現對各坐標軸的運動限位。

4 電氣控制系統與其他部件的連接

4.1 在數控銑床中與弱電部分的連接

在數控銑床中與電氣控制系統相連的弱電部分是數控裝置和PLC可編程控制器。在與這兩個部件的連接中,可以通過數控系統說明書和PLC可編程控制器的輸入/輸出接口設計完成。

4.2 強電的接口電路設計

在工業生產過程中,控制對象大部分都是強電。在微機控制系統中,接口電路是硬件開發的關鍵,它不僅要求接口電路的功能控制,還要實現強電設備與弱電微機隔離,并輸出較大的電流用以驅動電動機。目前,現有的控制轉換電路主要由隔離脈沖變壓器和功放管等器件組成。由于隔離脈沖變壓器可靠性差,而功放管輸出的電流又相對較小(≤1 A),都不是理想的選擇。本設計中強電的控制接口電路采用光電耦合器和驅動放大器給以驅動。它不僅滿足了隔離效果,而其驅動電流較大(達到2 A),并具有線路簡潔、性能良好、成本低及可靠性高等特點。電路結構如圖5所示。

圖5 接口電路系統圖

5 結 語

數控系統選擇的是Hi800高性能數控系統并配以合適的電氣系統電路,使改造后的機床能達到強切削力、高精度、高穩定性的機床數控化要求,改造成本適中,改造后機床的性能得到很大改善,數控系統提高了機床運行的穩定性,伺服電機的應用使工作臺、橫梁移動準確,位移精度由改造前的2 mm提高到改造后的0.5 mm,加工切削精度由改造前的0.1 mm提高到改造后的0.01 mm,達到數控銑床的要求,實現數控機床的功能。

[1] 王愛玲,白恩遠.現代數控機床[M].北京:國防工業出版社, 2003.

[2] 羅永順.機床數控化改造技術[M].北京:機械工業出版社, 2007.

[3] 余英良.機床數控改造設計與實例[M].北京:機械工業出版社,1998.

[4] 白恩遠,王俊元,孫愛國.現代數控機床伺服及檢測技術[M].北京:國防工業出版社,2002.

[5] 林宋.現代數控機床[M].北京:化學工業出版社,2003.

[6] Bralla,James G.(EDT),Design for Manufacturability Handbook [M].New York:McGraw-Hill,2005.

Gantry Milling Machine of Numerical Control Transformation

ZHU Liang1,XIONGChao-mei1,WANGJie2
(1.Hubei Geological Prospecting Equipment Center,W uhan430034,China;2.China University of Geosciences,W uhan430074,China)

The CNC system and electrical system transformation of gantry milling machine were researched and improved.Contrast to the superiority of the CNC milling machine,through the study of the overall structure of the gantry machine,it did reconstruction plans and CNC system and servo system selection.Select the NC system Hi800 gantry milling machine as the core of the control,and research it.finally,the transformation of the electrical system,the gantry milling machine specific transformation of the electrical system and wiring methods were given,including an important part of the electrical connection,CNC milling weak,strong electrical interface circuit design.

gantry milling machine;numerical control transformation;electrical system

TH183.3

A

1003-5540(2012)05-0058-03

朱亮(1963-),男,工程碩士,工程師,主要從事機械工程和機電一體化的研究工作。

2012-07-29