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1、C61100車床數控系統電氣和機械改造技術方案一：系統描述1.C61100車床是山東德州生產的臥式大型車床，該設備系90年代初期產品，電氣控制采用傳統繼電器控制方案，主軸由交流22KW異步電機驅動，小拖板的橫向和縱向進給由手動控制，很難完成復雜形線的加工。2.該C61100車床最大加工工件長度3000毫米，最大加工直徑1000毫米，屬于該公司主力設備；3.隨著加工任務的增加，加工精度的提高，加工復雜程度的加大，手動操作加工已經無法完成諸如球面的加工，急需改造。考慮到加工工藝需求和價格等因素，決定只對拖板的X、Z進給進行機電一體化改造；4.成都海科工控有限公司致力于機電一體化傳動技術，在系統成套2、和設備改造方面有著豐富的經驗，經現場查看和與客戶的技術溝通，我們確信完全有能力將此系統進行按期改造并最終實現強大的數控車床功能。二：問題分析和改造方案的提出1.原機床的拖板及刀架的X軸和Z軸系手動控制，無法實現兩軸同動插補定位，無法達到車球面的目的，使得車床的加工能力大大受限；1.1 由此，我們采用一臺目前流行的標準車床CNC系統臺灣臺達PUTNC-H4-T,動力驅動上采用兩臺臺灣臺達ASD-A交流伺服系統控制X軸和Z軸，完全實現了復雜的插補運算和軸間連動；1.2新的系統支持DNC動態加工，支持CAM加工代碼；支持MPG手動加工；2.新的系統控制精度高，調校簡單，系統可實現自動刀具補償，絲杠螺3、距補償，是一種非常穩定的結構；2.1新系統電機連接上，采用零間隙零間隙同步皮帶形式連接，安裝和調試維修均非常方便；3.機械傳動上，對精度起絕對作用的定位機構，原系統采用梯形絲杠結構，存在傳動效率低，反向間隙大等問題，另外，這種梯形絲杠承載能力非常不足，傳動間隙和摩擦系數不可控；3.1絲杠替代：車床原有進給絲杠為直徑40和32的梯形螺紋絲杠，考慮到絲杠軸肩加工余量的問題，采用公稱直徑相同（40和32）的滾珠絲杠替換，型號為R40-5T3-FSI-1200-1300-0.023、R32-5T3-FSI-600-700-0.023；3.2承載能力：滾珠絲杠的承載能力主要受絲杠直徑、導程角及摩擦系數的4、影響，滾珠絲杠的摩擦系數為：0.0030.005；導程角為2.8度；3.3軸向推力比較；a)40滾珠絲杠與9.4牛米電機組和：電機產生推力計算：F=TrD/(Pg)=（9.4x2000x3.14x0.85）/(10x9.8) =23.6(kN)40的滾珠絲杠能承受的額定力矩：19KN b) 32滾珠絲杠與7.16牛米電機組和：電機產生推力計算：F=TrD/(Pg)=（7.16x2000x3.14x0.85）/(10x9.8) =15.2 (kN)32的滾珠絲杠能承受的額定力矩：16.9KN通過比較發現，絲杠和電機的選型能較好的匹配！3.4 綜上所述，滾珠絲杠對于精度和傳動效率以及承載能力提高巨5、大，是理想的傳動元件；4.根據現場測繪和經驗分析，X軸和Z軸伺服電機扭矩分別選用7.16牛米和9.4牛米，電機與機械連接采用減速比2：1同步帶傳動；電機型號為：ASMT15M250AK和ASMT20M250AK；5. 改造后總體的控制結構如下圖：三：改造后系統的軟件功能和操作畫面畫面操作說明開機畫面控制器電源 ON 之后先進入開機畫面，如下圖：待機畫面經過3 秒之后，進入待機畫面 (按重置鍵時也會進入此模式畫面)自動模式AUTO畫面按一下自動/MDI進入自動模式，其畫面如下圖：自動模式下軟鍵有：1. 程序暫停：只有在程序執行中才有效。在程序執行中，按下此鍵，即可馬上停止程序，直到按重置鍵中斷程6、序，或按啟動鍵，再繼續執行程序。2. 單步執行：可隨時選擇此功能，不限制執行中或停止狀態。此功能被選取時，當每按一次啟動鍵，不再執行整個程序，而是每按一次啟動鍵，才往下執行一行程序。3. 程序再啟動：只能在程序執行前選取。程序再啟動被選用時，當選取此功能，再執行程序時，程序會從上次中斷的單節開始啟動。在編輯畫面中可尋找中斷單節或是重新設定再啟動單節。4. 程序預測：可隨時選擇此功能，不限制執行中或停止狀態。當選取此功能，再執行程序時，程序中所有軸向的移動，都改由手搖輪脈波來控制，當手搖輪脈波沒輸入時，軸向將停止移動。也可使用寸動軸向鍵來取代手搖輪的脈波輸入。5. 選擇停止：只能在程序執行前選取7、。當選擇停止功能被選取時，程序當中的M01 指令，會被視為停止指令，若沒選取此功能，M01 指令則沒有意義。手動模式MDI畫面 連按二下自動/MDI進入MDI 模式，其畫面如下圖：原點模式（參考點）畫面連按二下手動/原點進入原點模式，其畫面如下：回原點操作方式：1. 選擇軸向按屏幕右方英文字母按鍵X、Z或寸動按鍵X+、X-、Z+、Z-選擇X 軸或Z 軸2. 按啟動鍵手動模式畫面按一下手動/原點進入手動模式，其畫面如下：手動模式下可操作的動作有：1. 軸向移動：（以下三種方式）a. 手搖輪方式：選擇軸向（按X、Z按鍵，選到的軸向在畫面上會反白。）轉動手搖輪。(沒有選擇軸向時，手搖輪無效)b. 連8、續寸動：（單步寸動功能未成立時）持續按住X+則X 軸正向移動，X-則X 軸負向移動。持續按住Z+則Z 軸正向移動，Z-則Z 軸負向移動。c. 單步寸動：選擇單步寸動距離0.001、0.01、0.1、1再按X+、X-、Z+、Z-，則系統自動根據所選定的單步距離作寸動。2. 手動開關：a. 主軸：正轉、反轉、停止。b. 切削水：按一下開，再按一下關。c. 潤滑油：按一下則輸出1 秒。LED 燈亮代表有作動程序編輯模式畫面在此模式畫面下可直接編輯程序a .設在啟動：在編輯程序中用行鍵移到要在啟動的單節、按一下設在啟動，回到自動畫面按下程序再啟動后在按啟動程序即會從編輯程序里所設定的單節再動作。b .9、中斷單節：在加工中如有中斷程序(如按下重置、緊急停止)后，欲尋找中斷時的單節即可進入編輯畫面按下中斷單節軟鍵即可尋回程序批注程序刪除程序拷貝刀具磨耗補償刀具長度補償加工對刀功能加工程序的組成一個完整的程序,由一群單節所構成,而每個單節由序號和數個指令所組成,每個指令由一指令碼字母 (AZ) 和一些數字 (.09) 所組成。程序的基本單位是單節,每個單節是由一個或數個指令組成。程序輸入時,每一指令之間不需留空間。單節的基本格式如下 :N-_G_X(U)_Z(W)_F_S_T_M_N : 單節序號G : 功能指令X,Z : 坐標位移指令 (絕對值移動指令)U,W : 坐標位移指令 (增量值移動指令10、)F : 進給速率S : 主軸轉速T : 刀具指令M : 輔助功能 (根據實際需求由機床設計者編寫的功能代碼)坐標系統H4T 系列的車床坐標系統,是眾所周知的二軸卡笛爾直角坐標系統(Cartesian Coordinate)。此二軸在 T-11 車床系列定為 X-軸與 Z-軸,而 Z-軸設定為車床主軸 (Spindle) 中心線。兩軸的交點定義為零點,以 X=0, Z=0 表式之。加工中可能要用到的G指令快速定位,G00程序格式:G00 X(U)_ Z(W)_X,Z : 定位終點的絕對坐標值。U,W : 定位終點相對于該單節起點的增量值。例: 下圖 A 點快速移動到 B 點。G0 X4.00 11、Z5.60 X,Z-軸向以絕對指令設定G0 U-6.00 W-3.05 X,Z-軸向以增量指令設定G0 X4.00 W-3.05 X,Z-軸向以絕對,增量混合設定直線切削,G01程序格式:G01 X(U)_ Z(W)_ F_X,Z : 切削終點的絕對坐標值。U,W : 切削終點相對于該單節起點的增量值。F : 切削進給率 (F-指令可以與任何 G-指令一起使用)。G00 單節中,也可下F-指令,但不影響快速定位。G01 (或 G1) 指令,用來執行直線切削功能,可同時控制 12 軸來進行切削,其切削進給速率以 F-碼設定,最低可設定到0.02 mm/min.。切削起點是指令下達時刀具所在的坐標12、位置。用 F-碼 (Modal Code)指定的進給率,在重新設定之前,都保持有效,不需每一單節都指定。程序范例:刀具起點在 X=2.0 (直徑表示),Z=4.60G01 X4.0 Z2.01 F0.300 絕對指令G01 U2.0 W-2.59 F0.300 增量指令圓弧切削,G02,G03圓弧切削指令是:G02 順時針方向 (CW) G03 反時針方向 (CCW) 圓弧構成的三要素為: 起點,終點,圓心。起點 (S) 為開始執行 G02.G03 指令時刀具的坐標點。終點 (E) 為程序格式中之 X(U),Z(W) 坐標值。圓心 (C) 以 I,K 值來設定。I,K 值是由圓弧起點指向圓心的13、相對座標差值,此值包括正負號。I,K 值的意義和增量值 (U,W) 相同。圓弧切削進給率以 F-值指定。圓弧中心的表示也可以用半徑 R 取代 I,K 值。如果圓弧角度在 -11,179181之間,不可使用 R 值設定。只能用I,K 值。程式格式:G02 X(U) _ Z(W) _ I _ K _ F _G03 X(U) _ Z(W) _ I _ K _ F _G02 X(U) _ Z(W) _ R _ F _程序范例: 下面是四種不同的指令,但切削相同圓弧。1. G02 X5.000 Z3.000 I2.500 F0.32. G02 U2.000 W-2.000 I2.500 F0.33. G14、02 X5.000 Z3.000 R2.500 F0.34. G02 U2.000 W-2.000 R2.500 F0.3暫停指令,G04程序格式: G04 X_X: 暫停時間,單位秒。(X 在此,代表時間而非地址)在程序設計中,在某些情形下,因加工需要,在一個單節執行完了之后,各軸向運動必須暫時停留一段時間,再執行下一個單節的指令。在此情形下,可用此指令。暫停最小單位為 0.01 秒,最長可以設定到 8000.0 秒。例: N1 G1 X10.000 Z10.000 F0.1N2 G4 X2.000 暫停秒N3 G0 X0.000 Z0.000自動回歸第一參考點,G28程序格式:G28或 G15、28 X_ Z_或 G28 X_或 G28 Z_第一參考點位置,由 MCM 參數第五十二、五十四項中的 X,Z 設定。程式格式中 X,Z 之數值無意義,但必須有數值,才可輸入程序之中;它是告訴機械那一軸向要回歸到參考點。如果 G28 指令單獨成一單節或同時包含 X,Z 指令,刀具都會自動回歸到 MCM 參數五十二、五十四項中X,Z 所指定的參考點位置上。若 G28 指令只有 X 或 Z 指令,不論它是什么數值,刀具在指定軸方向回歸到 MCM 五十二、五十四項中,X或Z 所指定的參考點位置上。執行 G28 指令以前,刀具補正必須取消。例: T100 . 補正取消 (不可與G28同時并在一個單節)16、G28 X10. . X-軸回第一參考點自動從參考點復歸,G29程序格式:G29 X _ Z _程序格式中的 X,Z,其數值無意義,但必須有任何數值,才可輸入程序之中;它只是告訴機械那一軸向自參考點復歸。程序執行 G28 后,刀具欲回到執行 G28 之前的位置時,使用 G29 指令。G29 指令不能單獨使用,在 G29 之前須先下達 G28 或 G30 指令。例: N1 X60. Z30. . 程序執行至坐標位置X60.,Z30.N2 G28 . 程序從上節坐標點回第一參考點N3 G29 . 程序從第一參考點回到坐標X60.,Z30.如上例,N3 單節的組合,可以有下列情形:N3 G29 . 17、復歸到 X60.00,Z30.00N3 G29 X _ Z _ . 復歸到 X60.00,Z30.00N3 G29 X _ . 刀具復歸到 X60.00N3 G29 Z _ . 刀具復歸到 Z30.00TNC-H4-T固定M代碼M-代碼功能M00 程序暫停M01 選擇性程序暫停M02 程序結束M30 程序結束M98 呼叫子程序M99 子程序結束，或主程序重復執行M* 使用者自定M 碼(PLC)M03 主軸正轉M04 主軸反轉M05 主軸停止M08 冷卻水開M09 冷卻水關M10 主軸夾頭松開M11 主軸夾頭加緊M15 工件個數計數器+1M16 工件計數器清零四：控制系統主要元件選型以及說明1.18、數控系統選用臺灣臺達公司（DELTA HUST）標準開放式車床數控系統，PUTNC-H4-T, 該系統具有開放的車床系統架構；該系統具有支持標準FUNCO加工G代碼程序結構，支持常用CAM軟件POST程序，方便實現DNC；2.交流伺服系統選用臺達ASD-AM系列，該伺服系統速度環響應頻寬高達450HZ, 是系統半閉環結構的高性價比產品, 另外，ASD-A-M系統支持PDFF調節結構，可克服瞬時機械應力引發的加工誤差，可使得車床動態加工定位更加準確；3.CNC操作界面和顯示界面選用HUST系統專用產品，為薄膜操作按鈕，具有IP65的結構，可適應現場惡劣環境；4.PLC系統選用HUST系統專用產品19、，配置為24DI/16DO, 可外擴實現更多點數和更大功率的開關量控制；5.低壓配電以及弱電供給和系統安全邏輯為海科公司根據客戶需求度身定做，以最大限度達到客戶需求；五：系統改造費用和說明：1. 系統改造總價：人民幣-元2. 改造前機床機械部分傳動潤滑連接機構以及精度正常；3. 改造現場我方負責機械和電氣部分安裝調試，對方應該提供兩名鉗工和兩名電工配合；4. 報價不含現場施工預埋管子以及所有所需電纜；機床上操作箱安裝架由客戶提供；5. 我方負責技術培訓；六：工程說明和最終技術指標1.本系統經周密計算和功能分析，技術成熟，并完全確認方案的可行性，海科公司有著豐富的機械和電氣的實踐經驗，保證工程的按期順利完成；2.本工程元件備貨周期30個有效工作日，機械加工輔助元件和系統設計制作周期15個有效工作日，現場調試周期7個有效工作日，總體工程周期約為45-50個有效工作日；3.本系統經改造后，電氣控制精度為0.001毫米，機械絕對定位精度0.05毫米，系統重復定位精度優于0.02毫米；4.對于上述系統技術資料可查閱公司網站：如有任何不能理解或置疑之處，請致電：028-85291366成都海科工控有限公司工程技術部2006-12-13