数控铣床改造(文件)

　

【正文】 ng）业 [4]。 在普通机床上加数显装置，或加数控系统，改造成 NC 机床、 CNC 机床； ③ 翻新 。采用计算机控制，控制算法采用软件的伺服装置称为“ 软件伺服 ” 。通过 DNC 功能形成网络可以实现对零件 加工 程序的上传或 下 传 ， 读、写 CNC 的数据 ，PLC 数据的传送 ， 存贮器操作控制 ， 系统状态采集和远程控制等。 本文的主要内容 课题研究的目的与基本思想 本课题针对一台即将报废的旧数控 铣 床进行技术改造， 对机械部分重新 检测、清洗、修理、装配， 基本 恢复原精度；对其 CNC 系统以 国产主流 CNC 装置 进行更新； 对电气部分 在原有基础上进行 ， 重新恢复 精度、效率和自动化程度， 适当 提高性能 。 ③ 增加新的功能：主轴点动、图形模拟、手轮、 DNC 等功能，扩张机床的加工范围，使操作与维修更加简单、方便；同时为加入 车 间 生产网络（ PDM 系统）准备条件。 5 （ 3） 机械修理 。使改造工作减少遗漏和差错。电气系统选择 时 必须考虑成熟产品，性能合理、实用，有备件及维修支持，功能满足当前和今后若干年内的发展要求等。 电气系统改造完 成 以后，进行调试以及确定合理的验收标准，调试工作涉及机械、液压、电气、控制 、传感等，调试步骤从简到繁，从小到大，从外到里进行，先局部后全局，先子系统后整系统进行。 驱动单元：主轴驱动使用 SVF— 552— 380C 变频器调速，三相交流异步电动机；进给驱动使用 PMM— BA— 5602 交流 驱动控制器 和交流伺服 电动机驱动；检测元件使用 编码器 ，开环控制结构。 机械结构问题分析 系统刚性良好，主要机械部件各部分未见明显变形；主轴旋转嘈音过大，跳动明显，怀疑为主轴轴承组松动，需要拆卸后方可真正确定故障原因及维修方法；进给系统运动基本正常，部分部位有积尘和锈蚀现象，需要适当维护；各运动部分润滑严重缺乏，需要作 全面的维护；松、夹刀装置锈蚀严重；防护板完好。 （ 4）电柜 Z 轴驱动模块损坏， X、 Y 驱动模块存在“丢步”现象；主轴变频器工作状态不稳定，怀疑内部老化至使性能下降；变压器组输出电压波动率≥ 10%，发热明显（通电测试约 30min），继续使用有危险性； 8 个继电器中 4 个不工作，缺少 2 个 HNC— 21 系统所需的系统控制继电器（新系统需 要 10~11 个）；自动空气开关和交流接触器工作不稳定，怀疑是积尘过多或元件老化引起；接线板积尘、生锈现在严重，开关量接线板规格与 HNC— 21 系统不同；部分线缆老化；除尘过滤装置基本失效；缺少开关电源；电柜箱体正常，接地端稍有锈蚀，需要按 HNC— 21 系统接线要求进行改造和维修。考虑到生产的实际需要，决定进行完整的系统更新，以恢复该 铣 床的生产能力，并提升其技术水平。改造对 CNC装置的基本性能概括起来如下： 控制轴数：包括移动轴和回转轴。 脉冲当量 (分辨率 )：要求 ≤ ㎜ 以便在运算过程中不损失精度 [10]。 9 准备功能（ G功能）：所有 G代码应分成一次性和模态两种。 CNC提供的编程方式： MDI（手动输入单步执行）、对话编程、参数化编程、蓝图直接编程等。 开关量接口： CNC的 M、 S、 T功能不仅在 CNC内部处理，而且要以 BCD码的形式输出 [9]，另外， CNC还应具备其他一些开关量接口，如外部的急停信号、循环起动信号、进给保持信号等。 通信与通信协议： CNC有 RS232C接口，最好配有 DNC接口，并设有缓冲区，能够与计算机进行高速传输，接入 车 间通信网络，以适应 CAM（计算机辅助制造）的要求。 10 主流 CNC 装置性能比较与选型结论 （ 1） 主流 CNC 装置 性能比较 主流 CNC(Computerized Numerical Control) 装置性能比较见表 所示。主轴的启、停与转向控制由 PLC 承担，利用其 、 输出，定义为接通有效，即 接通正转， 接通反转，都不接通时停转。 m 电动机惯量 Jm 图 半闭环进给伺服系统结构原理图 Fig. Half closed loop enters for the servosystem structure schematic diagram 测量反馈装置 工作台 机械传动装置 检测元件 进给电机 伺服放大器 比较环节 进给脉冲 反馈脉冲 15 进给驱动控制器选择 HSV— 16D— 050 交流伺服驱动器，该驱动器采用矢量控制技术（原理如图 所示） [13]只要控制电流 ，就可直接控制电动机电磁转矩，角位移传感器实测的电动机转角，通过坐标反变换，实现电流的反馈控制。 表 进给驱动电机基本参数 Tab. Enters for actuates the electrical machinery basic parameter 性 能 指 标 数 值 额定转矩 Tn 额定电流 额定转速 Nb 2021r/min 最高转速 Nmax 2600r/min 转矩常数 配电柜 电源单元 （ 1）总电源 AC380V 三相四线制，频率 50Hz；电源线接入总空气开关和变压器输入端前，三相对地接高压磁片电容（ 2021V），以减少外界进入的干扰（如脉冲、浪涌等），并将每相导线在铁氧体磁环上绕 4～ 5 圈，用于抑制快速瞬变脉冲串的干扰；接地端使用 车 间总接地引出，接地电阻≤4Ω。电柜内部安装板采用镀锌钢板，以提高系统的接地性能。 各位置反馈线、指令给定线、通信线等弱电信号线采用双绞双屏蔽电缆。手持单元规格： DC5V 供电， TTL 电平， A、 B 相输出 [8]。 合上 QF1，测量 QF1输出端和伺服变压器初级线圈、次级线圈的电压。 系统连接 总体连接原理框图及各接口的使用参见图 ，总体连线图见图 所示 [16]；下面就其中几个主要部分的连接以图的形式加以简 要说明。 参数调整：开机进入 CNC主控制画面，调出参数设置菜单，修改、调整系统参数。再控制电机快速转动。 （ 5）检验回参考点行程开关的有效性： 在确认超程限位开关有效后，执行回参考点操作：在机床的行程中部，人为模拟参考点挡块按压回参考点开关，检查回参考点操作过程是甭有效；操作机床，用参考点挡块按压回参考点开关，检查回参考点的过程是否正确。 左旋并拔起操作台右上角的“急停”按钮，观察系统是否复位；系统应默认进入“手动”方式，软件操作界面的工作方式变为“手动” [17]。松开“十X”或“一 X”键（指示灯灭）， X轴即减速运动后停止。若压到限位开关，仔细 观察轴是否立即停止运动，软件操作界面如出现急停报警，按压“超程解除”按键，使该轴向相反方向退出超程状态；然后松开“超程解除”按键，运行状态栏显示 “运行正常 表示恢复正常，可以继续操作。回参考点后，“十 X” 、“ +Y” 和“十 Z”指示灯点亮。 整机性能测试标准 数控机床的验收依据是相关标准及合同约定，相关的国内标准 [26]： GB/—— 1998 机床检验通则第 1部分。包括强、弱电部分在装配时机床生产厂自行接线的端子及各电动机电源线的接线端子，每个端子要用旋具 紧固，弹簧垫圈要压平，电动机插座一定要拧紧。 （ 7） 地线检查 要求有良好的地线。 ② 温度、温升：主轴以最高转速连续运转 2h，轴承温度 ≤ 60℃ ，温升 ≤ 30℃合格。 ③ 外设 手动功能试验内容： 连接外设进行操作，工作正常。 23 ③ 自动 运动，定位，直线、圆弧插补 功能试验： 编制加工循环程序，空载在自动方式下，进行各轴定位，直线插补，圆弧插补模拟加工，动作情况良好，程序运转正常。角尺 直线度 平行度 垂直度 厚度偏差 铣床与加工中心的加工精度检测（续） 试样 检测性 质 检测工 具 检测项目 检测尺寸 用立铣刀 X、 Y联动铣正方体四周 (倾斜30186。 但就适应单位现状而言，不失为一条捷径。此次研究就是想通过改造方案设计与工程实施，探索出一种行之有效的数控 铣 床改造技术方法。 （ 2）数控系统整体更换 [31] 整体更换原有数控系统的设计方案，表面看费用较高，但获得的效果不可 同日而语，一是系统性能得到全面更新和提高，可大大扩展机床的生产能力；二是系统各组成单元从同一厂家购买，经过严格测试，性能、参数匹配良好，系统故障率很低，比较稳定；三是可减少系统调试的工作量和时间；间接效益显著。 课题的研究历经调查摸底、项目提出与论证、 改造方案设计、机械维修、系统选购、连接修改调试、整机测试等阶段 ，如在 3 个月内不出现大的问题，运行状况稳定，则说明这种改造方法是可行的，为旧数控设备的起死回生开辟了一条新的途径。 。导师的渊博知识，严肃的工作作 风，热情的态度，给学生留下深刻的印象，并将激励我在今后的工作中 不断进取。 在本课题的研究中，对可以由用户自行设置的设置、调整、更改的参数和程序进行了仔细探讨，并给出针对 HNC— 21 数控系统的设置结果，以供参考（设置项目相同，具体数值由改造方根据情况确定）。此种做法与国内外已有的做法相比，有很大的不同，其特点是： （ 1）机械系统不作大的结构调整。 26 5 总 结 机床改造是一个老的产业，但数控 铣 床改造在我国却是一个新问题。角尺 直线度 平行度 垂直度 25 结论 综合各项检测结果，比照该机床 改造前 ，获得下列结论： （ 1）经改造后，主轴综合误差 、 导轨精度与 原 值基本吻合，机床的机械精度已基本恢复； （ 2）定位精度与重复定位精度 与 原值相比 稍 提高；加工能力 恢复 ，操作大为简化； （ 3） 经济性 对改造旧数控机床和购置新数控 铣 床两种方案的直接支出进行经济性比较 ，发现购置新新机床需要大约 20 万，对旧机床改造添置的物件只需要花费 万，由此可以看出对旧机床改造具有很高的经济性。 精度检验 （ 1）几何精度 表 几 何精度检查 Tab. Geometry precision inspection 项目 检查方法 结果 床身水平 精密水平仪置工作台上 X、 Z(或 U向分别测量，调整垫铁或支钉达到要求 气泡准确对中 主轴径向跳动 主轴锥孔插入测量心轴用指示器在近端和远端测量 主轴轴向跳动 主轴锥孔插入专用心轴 (钢球 )用指示器测量 X、 Z导轨直线度 精密水平仪 主轴和 X轴垂直度 主轴插入测量心轴 用平尺、 90186。 （ 3）自动功能试验 [2628] ① 主轴 自动功能试验： 主轴在 MDI（手动程序输入，单步运行）方式下，中速正、反转、停止 12 次，主轴变速情况良好，程序运转正常。 （ 2）手动功能试验 ①主轴部件 手动功能试验内容：主轴 正转、反转、停转操作进 行 10 次，功能可靠。 （ 8） 电源相序检查 用相序表检查输入电源的相序，出现实际相序与标定相序不一致时要 重接电源。 （ 5）限位开关检查 检查所有限位开关动作灵活性及固定，如果动作不良，及时修理或更换。 （ 2） CNC 系统电箱检查 打开 CNC 系统电箱门，检查各类插座是否有松动，如果出现松动问题，立即重新插好或锁紧。按一下“主轴反转”键（指示灯亮），主轴电动机以参数设定的转速反转，检查主轴电动机是否运转正常。 按一下“回零”键，软件操作界面的工作方式变为“回零”。 在手动工作方式下，分别点动 X轴、 Y轴、 Z轴，使之压限位开关。 （ 2）机械锁定时程序试运行 调入一个程序，按下“机械锁定”、“自动”方式、“循环启动”，顺次转入“坐标显示、图形显示”模式 [17]，观察坐标尺寸和运行轨迹是否与程序规定相同。 （ 7）检查主轴的转动方向与速度。 （ 3） 检查机床移动方向和移动距离是否与数控装置所发出的位移方 向和位移指令相一致。 控制系统与机床连接调试 必须确认机床超程限位开关有效后，才可连接机床调试 [25]。 （ 4）数控系统的调试 ①线路检查 由强到弱，按线路走向顺序检查线路以下各项： 变压器规格和进出线的方向和顺序； 主轴电动机、伺服电动机强电电缆的相序； DC24V电源极性的连接； 所有地线的连接。 断开所有的空气开关，断开 380V电源。 各子系统调试 通电检查 电源回路的检查（参见图 ）： 断开所有的空气开关，接入三相 AC380V电源，用万用表测量 QF0进线端的电压是否为 380V。 各部件外壳可靠接地；各结构间可靠接地、共地。 各屏蔽电缆进控制柜的入口处，屏蔽层要接地。 电源部分的原 理设计 [附 图 ]，图中 QF0～ QF4 为三相空气开关， QF5～ QF10 为单相