普通機床數(shù)控化改造

丘宏岳

摘要：伴隨當代社會生產(chǎn)力不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)早已滿足不了現(xiàn)在高速發(fā)展的社會現(xiàn)代化生產(chǎn)要求，進行數(shù)控化的更改后，能夠大大地提升進給精度與重復定位，提升勞動效率，提高經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：數(shù)控化;PLC;臥式車床

1 ?機械部分的改造

為了更好地表現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的性能有優(yōu)勢，確保更改后的機床在數(shù)控系統(tǒng)操作環(huán)境中無爬行的微機進給，定位精度的精確，長壽命的使用以及機械部都作了如下改動。

普通車床上使用的是手動卡盤。現(xiàn)進行改造，為了達到方便和自動化目的，把卡盤改造成氣動卡盤（如圖1）。利用氣閥控制卡盤的松緊，氣動回路有單向閥，達到卡盤能自鎖。

傳統(tǒng)機床和數(shù)控機床的主運動方式都要求有相對寬闊的變速范圍（1～16）來確保加工過程中切速的合理選擇，進而使表面質(zhì)量和生產(chǎn)效率得到提升，因此，對主軸變速箱進行改造。

無論是連續(xù)控制還是點位控制，拖板運動的靈敏度、精度以及穩(wěn)定性都將直接影響到被加工零部件的最終坐標精度。所以，要求拖板和配件的精度要高之外，還要滿足靈敏度及傳動精度的要求。

采取減速齒輪箱來提升傳動精度和傳動扭矩（分辨率0.01mm）。傳動比計算公式為：

式1中：α為伺服電機步距角（度）;p為絲杠螺距，mm;δ為脈沖當量。

選取滾珠絲杠替代原滑動絲杠，減少功率輸出，提升傳動的靈敏性以及減少步進電機力矩損失。

自動刀架不僅可以用于數(shù)控機床微機控制元件，還可以替代普通車床手動刀架，選用自動刀架來完成一臺機床一次裝夾的多工序加工，由于其具有較高的重復定位精度，加上刀架體積小，所以適合用于強力車削且安全性高。

將原有拖板箱的位置拆除來安裝新拖板箱，并將新的拖板箱固定于滾珠絲杠螺母上。同時將走刀箱和掛輪箱的位置拆除，用于安裝拖板軸向伺服元件功率步進電機、減速箱以及控制螺紋加工的主軸脈沖編碼器。將機床原有的變向杠、操縱桿和立軸等杠桿零件拆除，使得數(shù)控系統(tǒng)能夠控制機床的啟動和停機，保持機床外型美觀、合理。

2 ?電動機的選擇

2.1 主軸交流伺服電機

選取型號為1HP6167-4CB4的SIMODRIVE系列交流主軸電機，連續(xù)負載PH/kW=14.5，間歇負載（60%）/kW=17.5kW，短時負載（20min）/kW=19.25kW，額定負載n=5000r·min-1，最大轉(zhuǎn)速nmax=8000r·min-1，額定轉(zhuǎn)矩277N·m，慣性矩0.206/kg·m2。

2.2 縱向步進電機的選擇

機床執(zhí)行一個進給脈沖所產(chǎn)生的進給量稱為脈沖當量，用來衡量加工精度的重要技術(shù)參數(shù)。所以根據(jù)機床精度的要求來確定脈沖當量，YUCY6150B的定位精度為±0.015mm，因此選用的脈沖當量為0.01～0.005mm/脈沖。（見表1、圖2）

2.3 橫向步進電機的選擇

初取型號為：110BYG5602的橫向步進電機（見表2、圖3）

2.4 交流接觸器的選擇

在這次控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計中，采用了TeSys系列的交流接觸器，按照所對應(yīng)的電機和其工作參數(shù)如電壓U、電流I、功率P、頻率F及工作制等設(shè)定接觸器的額定參數(shù)。額定電流要是1～1.4倍控制電流（或經(jīng)驗公式2PN 選取，PN為電動機功率），選取型號為：LC1-D09F7C的交流接觸器，線圈電壓110V。

2.5 中間繼電器選擇

它是用于自動控制系統(tǒng)和繼電保護，增加接觸點的容量和數(shù)目， 用來傳輸控制電路的中間信號。選取型號為JZ7-44的中間繼電器。

2.6 保護電器選擇

當電流超過規(guī)定值時，可以將熔斷器自身保險絲熔斷并斷開。它是根據(jù)電流值超過規(guī)定電流，過段時間后，用它自己發(fā)生熱量熔化熔體，使電路斷開的電氣設(shè)備，一個電流保護器就是由這一原理制成的。選取型號為：RL1-15/6的熔斷器，其電流為電機額定電流的1.5～2.5倍。

考慮受保護對象的使用環(huán)境、工作條件、過載能力、負載特性等因素。例如，熱繼電器的設(shè)定值可以等于電動機的額定電流的0.95～1.05倍，或熱繼電器設(shè)定電流的值等于電動機的額定電流，然后調(diào)整。選取型號為：LRD-01C的熱繼電器，設(shè)定電流為：0.14A。

3 ?PLC工作原理和選擇

PLC可編程控制器采用圓形掃描模式，在可編程控制器中，用戶程序以存儲、中央處理器的指令從第一指令開始執(zhí)行，直到遇到結(jié)束，然后返回到第一指令，如此周而復始的不斷循環(huán)。PLC的掃描過程如圖4。可編程控制器分為輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新這樣的三個階段。以上所述的三個階段叫做一個掃描周期。

可編程控制器的選擇主要來自于可編程控制器的型號、容量、輸入/輸出模塊、電源模塊、特殊功能模塊、通信網(wǎng)絡(luò)能力等方面的考慮。（見表3）

綜合考慮，選取型號為FX1S-30MR-001的可編程序控制器，輸入＼輸出總點數(shù)為30，輸入點數(shù)INPUT為16，輸出點數(shù)OUTPUT為14，繼電器輸出，可以滿足設(shè)計的要求。

由車床原理，做出I/O 口分配可以知道。做出PLC的輸入、輸出I/O電氣接線圖，如圖5。

4 ?結(jié)束語

本文主要講述將普通車床改造升級為數(shù)控機床，很大程度上提高了勞動生產(chǎn)的效率，帶來可觀的經(jīng)濟效益。PLC控制系統(tǒng)的改造更是使機床各項性能都得到了提升與改善，使機床的維修和檢查帶來方便，也節(jié)省了原來機床的大量空間，實現(xiàn)了機床的啟動、刀具快速移動、定位精確、加工、冷卻等一系列的功能，把計算機技術(shù)、自動化技術(shù)、通訊技術(shù)都集成于一臺機床上。

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