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       摘要：提高機(jī)床的數(shù)控化率主要有兩種方式：一是購置新的數(shù)控機(jī)床，二是對(duì)舊有機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造。對(duì)這些機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造和更新，可形成上千億的更新市場(chǎng)需求，對(duì)保持經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)可發(fā)揮一定的作用。本文對(duì)普通立車進(jìn)行數(shù)控化改造，解決了企業(yè)先進(jìn)設(shè)備缺乏的難題。
 
      關(guān)鍵詞：立式車床；數(shù)控改造；電氣控制
   
      1.C5126數(shù)控改造的總體方案
 
      C5126立式車床數(shù)控化改造主要包括三個(gè)方面：機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的改造，電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的改造，數(shù)控系統(tǒng)的改造。
 
      機(jī)械結(jié)構(gòu)的改造主要包括主軸傳動(dòng)系統(tǒng)的改造、進(jìn)給系統(tǒng)的改造以及橫梁機(jī)械結(jié)構(gòu)的改造。主軸傳動(dòng)系統(tǒng)的改造目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速；進(jìn)給系統(tǒng)的改造主要是通過對(duì)立刀架水平和垂直絲杠的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)改造，實(shí)現(xiàn)數(shù)控車床所必須的X、Z軸的改造。將原車床立刀架的垂直絲杠改造并定義為數(shù)控車床的Z軸，立刀架的水平絲杠改造并定義為數(shù)控車床的X軸。改造目標(biāo)要實(shí)現(xiàn)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的配合，同時(shí)考慮機(jī)械結(jié)構(gòu)的安裝情況，合理利用空間；橫梁機(jī)械結(jié)構(gòu)的改造目標(biāo)是簡(jiǎn)化夾緊機(jī)構(gòu)，方便實(shí)現(xiàn)上升下降的控制。
 
      電氣系統(tǒng)的改造需要拆除舊機(jī)床的電氣控制元件，因?yàn)楦脑旌蟮脑O(shè)備為數(shù)控設(shè)備，許多電氣控制元件已經(jīng)無法完成數(shù)控系統(tǒng)的控制功能，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)改造后機(jī)床的控制必須全部換掉。改造后通過變頻器實(shí)現(xiàn)主軸的無級(jí)調(diào)速控制，并選擇與安裝編碼器等電氣元件，通過合理選擇驅(qū)動(dòng)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器控制進(jìn)給軸的運(yùn)動(dòng)。改造后的機(jī)床功能圖如圖1.1所示。

                    圖1.1改造后的機(jī)床功能圖
   
      數(shù)控裝置發(fā)出信號(hào)分別控制主軸、X軸、Z軸、橫梁等部件，主軸、X軸與Z軸的位置控制為半閉環(huán)控制，通過指令控制，輸出進(jìn)給信號(hào)與方向信號(hào)到驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，并將檢測(cè)到的位置信號(hào)反饋到驅(qū)動(dòng)器，由自身部的位置比較模塊完成反饋位置與要求位置比較后，并修正下一周期的旋轉(zhuǎn)，不需CNC裝置的位置控制模塊進(jìn)行反饋比較、速度修正。
 
      2.電氣控制部分分析和改造
 
      2.1主軸電氣控制方案選擇
   
      主軸通常有交流與直流兩種調(diào)速方式。直流調(diào)速一般采用直流主軸電動(dòng)機(jī)配合全數(shù)字直流調(diào)速裝置實(shí)現(xiàn)，這種設(shè)計(jì)體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，調(diào)速控制力度較好，且調(diào)速性能穩(wěn)定，但是成本較高。交流主軸電動(dòng)機(jī)采用變頻調(diào)速控制，其特點(diǎn)是調(diào)速和起制動(dòng)性能好，高效率、高功率因數(shù)和適用范圍廣泛。另外，采用變頻器調(diào)速的最大優(yōu)點(diǎn)是可以利用機(jī)床原有的主軸電機(jī)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的方便調(diào)控，改造成本較低。結(jié)合改造設(shè)備的情況，完成主軸驅(qū)動(dòng)形式的改造，通過變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)對(duì)主軸轉(zhuǎn)速的無級(jí)調(diào)速。
 
     2.2進(jìn)給軸電氣控制方案選擇
 
     進(jìn)給伺服機(jī)構(gòu)的控制方式通常有開環(huán)控制、全閉環(huán)控制與半閉環(huán)控制三種方式。開環(huán)控制方式?jīng)]有反饋系統(tǒng)，此種控制方式的最大特點(diǎn)是控制方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的位移指令信號(hào)流是單向的，不存在穩(wěn)定性問題，由于機(jī)械傳動(dòng)誤差不經(jīng)過反饋校正，位移精度一般不高。
 
     全閉環(huán)控制方式的反饋采用直線位移檢測(cè)元件，但是機(jī)床傳動(dòng)中的摩擦系數(shù)、剛性和間隙均為非線性，并且整個(gè)機(jī)械傳動(dòng)鏈的響應(yīng)時(shí)間又非常大，這些主要用在高精度的設(shè)備。半閉環(huán)控制方式把反饋元件直接安裝在伺服電動(dòng)機(jī)或絲杠端部，由于大部分機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)未包括在系統(tǒng)閉環(huán)環(huán)路內(nèi)，因此可獲得較穩(wěn)定的控制特性。根據(jù)本設(shè)備的改造要求選擇使用半閉環(huán)控制方式，如圖1.1所示。X軸和Z軸的T型絲杠末端安裝編碼器，并安裝驅(qū)動(dòng)器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和限位開關(guān)，按照電氣安裝和原理圖的設(shè)計(jì)接好線，并依據(jù)實(shí)際需求和電氣樣本準(zhǔn)確的完成電氣設(shè)備的選型。
 
     2.3數(shù)控系統(tǒng)的選型
   
     被改造機(jī)床的控制功能要求是選擇合適的數(shù)控系統(tǒng)首先要考慮的問題。在選用時(shí)第一要考慮各項(xiàng)功能是否滿足要求，第二要確保系統(tǒng)工作可靠性。通過性能與價(jià)格比，選取物美價(jià)廉的數(shù)控系統(tǒng)，并要考慮數(shù)控系統(tǒng)的售后服務(wù)和故障維修等情況。目前國(guó)內(nèi)采用比較多的數(shù)控系統(tǒng)有：FANUC數(shù)控系統(tǒng)、SIEMENS數(shù)控系統(tǒng)、三菱數(shù)控系統(tǒng)、華中數(shù)控系統(tǒng)等。
 
      3.電氣控制部分的安裝調(diào)試
 
      3.1電氣控制部分安裝要點(diǎn)
 
      電氣控制部分的安裝是接線與控制元器件的布置。電氣柜是電氣控制部分的安裝主要部分，它里面涵蓋了幾乎所有的強(qiáng)電與弱電控制。按照線路圖以及電氣柜的設(shè)計(jì)，尺寸和接線原則把電氣控制原件安裝到位，安裝中要詳細(xì)閱讀元器件的說明書，按照安全的操作規(guī)范來進(jìn)行安裝。安裝中認(rèn)真仔細(xì)，特別注意變頻器、驅(qū)動(dòng)器等主要元器件的安裝，選擇正確的接線端子來安裝并注意線序，以防接錯(cuò)位置損壞元器件。
 
      3.2安裝調(diào)試
 
      電氣控制部分要逐一檢查變頻器連線，驅(qū)動(dòng)器連線，行程開關(guān)，交流接觸器，繼電器，熔斷器等元件，按照電氣原理圖完成電氣柜布局和整體接線，安裝好后就是進(jìn)行動(dòng)作檢驗(yàn)。
 
      (1)正面柜內(nèi)的元件的安裝：先安裝核心部分?jǐn)?shù)控操作面板，并連接電纜，接下來再安裝伺服驅(qū)動(dòng)器以及電機(jī)編碼器，隨后安裝塑料殼斷路器、小型斷路器、交流接觸器、電機(jī)編碼器、互感器、開關(guān)電源、中間繼電器、熔斷器、端子排等其它相關(guān)的電氣元件，在接線的過程中在線上標(biāo)上記號(hào)，便于連接其它柜內(nèi)的接線也便于引出線，在接線的過程中要認(rèn)真謹(jǐn)慎，避免誤接線引起的元器件損壞。
   
      (2)反面柜內(nèi)電器元件的安裝：根據(jù)變頻器安裝所需的位置，安裝好變頻器。把需要的電纜一端接在變頻器所要使用的端子上，一端引出并做上記號(hào)；并進(jìn)一步安裝隔離變壓器、軸流風(fēng)扇、制動(dòng)單元、隔離變壓器、制動(dòng)電阻，連接好相互之間的連線，把要引出的線做上記號(hào)，便于按照線路圖進(jìn)行安裝。安裝好后要注意所有電氣元器件上的連線是否充分連接，避免有短路和未連接的情況出現(xiàn)，按照功能要求接好線。
 
      (3)面板元件布局的安裝：面板元器件主要是數(shù)控裝置的報(bào)警以及信號(hào)顯示裝置，主要是電流表、電壓表、紅色指示燈、綠色按鈕、急停按鈕、三位旋鈕等顯示與控制按鈕，這部分接線一定要注意線的位置不能接錯(cuò)，否則會(huì)影響信號(hào)的判斷。
 
      (4)加裝限位開關(guān)，限位開關(guān)的位置一定要安裝比較準(zhǔn)確，以免出現(xiàn)控制與實(shí)際運(yùn)行距離的差別。
 
      接下來進(jìn)行送電檢測(cè)：
    
      1)確認(rèn)電源電壓相序切斷各分路空氣開關(guān)或熔斷器，閉合機(jī)床總開關(guān)，檢查輸入電源電壓相序正確與否。其方法可用相序表或示波器判斷，特別是伺服驅(qū)動(dòng)采用晶閘管控制的電路。如相續(xù)不符，一通電就會(huì)燒斷熔絲，甚至造成器件損壞。
      2)接通強(qiáng)電柜交流電源。
      3)接通直流電源。
   
      檢查測(cè)量各直流電源是否正常，檢查時(shí)需結(jié)合當(dāng)?shù)毓╇婋妷旱姆骞戎登闆r，其偏差值是否超出其允許范圍。
 
      結(jié)論
 
      本文對(duì)普通立車進(jìn)行了數(shù)控化改造，改造后的機(jī)床通過圓弧等指令的數(shù)控編程可以很方便地加工出普通立式車床無法加工的復(fù)雜曲面類零件。