加工中心的改造

第28卷第2期具工自葡化Vl.28,No.22009年2月Ordnance Industry automationFeb.2009文章编号:1006-1576(2009)02-007402加工中心的改造董明玉,范华献(中国兵器工业第五八研究所数控事业部,四川绵阳621000摘要:介绍一种立式加工中心的改造,结合机床的特点,重点介绍机床主轴部分的改造。选用 FANUC0i-MC數控系统及山轴伺服系统及主轴伺服系统对机床进行控制,并使用 HEIDENHAIN光栅尺作为各轴的位置检测元件,构成全闭环控制系统关键词:立式加工中心;主轴控制;改造中图分类号:TG502文献标识码:ATransformation of a Machining CenterDONG Ming-yu, FAN Hua-xian(Dept of CNC Products, No 58 Institute of China Ordnance Industries, Mianyang 621000, China)Abstract: Combining with machine tool characteristics, a modification scheme of the vertical machining center isintroduced, and the program focuses on the transformation of machine tool spindle. We select FANUC Oi-MC CNC system,a-axis servo system and spindle servo system to control the machine tool, and use hEIdENhAIN grating ruler as positidetecting component for each axle, so the close-loop control system is constitutedKeywords: Vertical machine center; Spindle control; Transformation0引言机床主轴速度范围为:22~3550 r/min,共分4档:作为精密加工设备,加工中心在经过多年运行第1档:速度范围22~450r/min,齿轮减速比为1:6后,由于数控系统的更新换代、系统备件难以购买第2档:速度范围451~900r/min,齿轮减速比为等原因给机床的维护带来困难。但由于加工中心第1:3;第3档:速度范围901~1800r/min,齿轮减速体的机械精度高,在长比为1:5:第4档:速度范围1801~350c-min,齿轮减速比为1:0.8。齿轮的换档由液压阀控制,由时间运行后仍能保证机床有较好的加工精度,可以接近开关检测是否到达要求档位。由定位销进行主通过更换机床数控系统的方式进行改造。在改造这轴定向时的精定位,以实现机床的自动换刀控制类设备时,通常只对机床的控制部分进行改造,机机床采用液压刀库,容量为18把刀,由机械手进行床的机械结构、主要传动方式等均不变,仅根据机刀具出刀库及装刀上主轴等与换刀有关的操作。床的精度等状况决定是否进行机床大修,根据需要对局部进行结构改造,这也使在改造时机床电气系2机床改造方案统的控制存在一定的特殊性。故提出一种立式加工在机床本体机械精度有保证下,为保证机床在中心的改造方案,重点介绍其主轴控制的改造。改造后能加工μm等级精度零件,采用了以下方案:1)选用 FANUC0-MC数控系统及ai轴伺服改造前机床的控制方案系统及主轴伺服系统对机床进行控制,采用改造前机床由直流伺服电机经一级皮带传动到 HEIDENHAIN光栅尺作为各轴的位置检测元件,构滚珠丝杆控制机床的各进给轴(X、Y、Z轴),由成全闭环控制系统。感应同步器作为各轴的位置检测元件;转台由直流2)各伺服轴采用伺服电机,通过弹性联轴结直伺服电机经一级皮带传动后经蜗轮蜗杆控制旋转,接与丝杆连接的方式进行各轴的控制,消除原皮带由液压控制转台的夹紧/放松,由感应同步器进行传动部分带来的传动误差,由机械部分的精度及全位置的检测,构成四轴三联动全闭环控制系统。机闭环控制系统保证各轴的定位精度要求。床主轴由主轴直流伺服电机经齿轮减速箱传动进行主轴速度的控制,主电机转速为:140~2800rmin。接要VI却城坳不本,仅根据主电机的连中国煤化工生接作必要的重新设CNMHG收稿日期:2008-08-10:修回日期:2008-10-08作者简介:董明玉(1968-),女,四川人,高级工程师,1989年毕业于成都科技大学,从事数控机床电气设计及机床数控化改造研究·74·董明玉,等:加工中心的改造计,由主轴伺服电机与齿轮减速箱结合控制机床的指令时,由PMC控制进行自动挂档。主轴调速,利用原主轴定位的机械结构,结合数控S代码读至下一个程序段系统提供的主轴定向控制方式进行自动换刀时的主轴定向控制。齿轮选择信号4)对液压刀库及换刀机械手,由系统内置GR20PMC控制刀库内找刀、刀具的预选、最短路径选刀、及自动换刀等与刀具操作有关的动作。5)为方便操作,根据机床各功能部件的特点及数控系统的特点,在改造后增加换刀机械手在手动TMFTFIN操作方式下分步点动的操作功能,增加操作过程中主轴速度指令的提示功能,并根据机床液压检测开关多的特点,对各液压检测开关的报警状态进行指示灯指示,同图1齿轮换档的控制时序时显示报警信息,以方便机床的故障判断及维修。主轴的定向控制主要用于机床的自动换刀。在3机床主轴控制的改造进行自动换刀前,必须先将主轴停在某一特定位置然后才能进行换刀动作。在进行主轴的定向控制由于选择的是 FANUC a i系列主轴伺服电机,时,利用原机床定位销作精定位的检测开关,在控其最高转速达7000rmim,同时考虑主轴有足够的制时采用“使用外部一次旋转信号”的方式进行主输出力矩,在改造时选择使用齿轮减速箱的第1档轴定向控制,如图2和第3档,即改原来的4档变速为2档变速。新档M传感器(或M传感器)位的速度范围设置为:低速档:主轴速度范围为0内置主轴电机1000r/min,机械传动比1:6,主电机工作转速为0~6000r/min;高速档:主轴速度范围为1001~3550r/min,机械传动比115,主电机工作转速为1502~JYA25325r/min。保证了主轴在绝大部分工作区域内主电机均处于恒功率调速区。TAPEA外都一次羲转信号几根据系统提供的齿轮换档控制方式,结合主轴(换近开关)齿轮或同步皮带定向可能的控制方式,选择M型齿轮换档方式B进行主轴换档的控制。在这种控制方式下,用户只图2主轴定向控制需用S代码输入要求的主轴转速即可,是否需要进4结论行换档操作则由系统控制。当需要进行齿轮换档新系统和新功能部件的使用,不仅保证了原机时,系统输出SF信号及GRO、GR2O、GR30信床的精度,而且使改造后的机床具有较好的易维护号,PMC则用上述信号控制进行齿轮的换档操作。性,调整方便。在主轴部分的改造中,不仅利用了操作完毕,由PMC送出FN信号通知系统齿轮换原机床主轴部分的机械结构,而且保证了改造后机档完成,使主轴按要求的转速旋转。齿轮换档时的床主轴部分有很好的输出力矩和调速性能,也保证控制时序如图1。了机床主轴部分所需的所有控制功能的实现在系统参数设定时,设定SF信号仅在齿轮换档时输出。同时,在换档过程中使用SOR(主轴定参考文献:向)信号,使当齿轮在啮合过程中主电机以恒定速 I FANUC AC SPINDLE MOTOR a i series PAR度旋转,确保齿轮换档动作的完成,并用接近开关) BEIJING-FANUC Oi-MODEL C CONNECTION对是否换到要求档位进行确认。CTIONZI根据机床的操作要求,设计了用M代码控制执3]FA中国煤化工 METER MANUALIZ]行主轴的脱档(挂空档)操作,即只要主轴处于停(ACNMHGS(Z止状态,就可执行主轴的脱档操作。操作完毕,可MANUaLlY用M代码进行挂低速档操作,也可在主轴执行速度6]KD2 CNC-MCT schematic diagram