黑龍江 李戰(zhàn)梅

談機床數(shù)控化改造

黑龍江 李戰(zhàn)梅

教學(xué)用機床設(shè)備老化，無法完成目前的教學(xué)工作，為適應(yīng)技能大賽要求，必須進(jìn)行機床數(shù)控化改造。在進(jìn)行機床數(shù)控化改造的過程中，機床本體基本結(jié)構(gòu)不變，要兼顧技能大賽提出的各項要求，所以改造的工作量與技術(shù)難度主要放在電氣控制領(lǐng)域，改造前要進(jìn)行技術(shù)論證、器件選擇、新系統(tǒng)的設(shè)備連接設(shè)計、PLC系統(tǒng)調(diào)試，改造后進(jìn)行設(shè)備試運行，并提出改造的注意事項。

機床；大賽；改造

1 為滿足實訓(xùn)教學(xué)，實施機床數(shù)控化改造

目前，數(shù)控機床的產(chǎn)品越來越多，產(chǎn)品的價格也在不斷的降低，從簡易的國產(chǎn)數(shù)控機床到進(jìn)口的大型加工中心，機床數(shù)控化改造已成為過去進(jìn)行時，是數(shù)控機床產(chǎn)品剛剛進(jìn)入到我國時的一個名詞。但是，機床數(shù)控化改造真的走出我們的視野了嗎？

全國高職院校學(xué)生“數(shù)控機床安裝、調(diào)試與維修技術(shù)”技能邀請賽是數(shù)控專業(yè)學(xué)生參加的一項重大賽事。大賽指定使用某品牌的數(shù)控教學(xué)裝置，對于我院來說這是一筆較大的資金。學(xué)院現(xiàn)有13臺舊的普通車床，于是我們決定對這些車床進(jìn)行數(shù)控化改造，改造的思路是參照大賽的設(shè)備裝置與比賽要求，在現(xiàn)有設(shè)備中加入數(shù)控系統(tǒng)、驅(qū)動模塊、變頻調(diào)速模塊、檢測反饋元件等電氣控制元件裝置，為學(xué)生參加數(shù)控職業(yè)技能大賽提供設(shè)備支持。除服務(wù)大賽外，我們利用改造后的設(shè)備加強我院學(xué)生的技能訓(xùn)練，提高學(xué)生的技能水平，以適應(yīng)日常教學(xué)的需要。

2 數(shù)控化改造的內(nèi)容

進(jìn)行數(shù)控化改造應(yīng)用到的相關(guān)知識與技能較多，主要包括：

2.1 數(shù)控系統(tǒng)的選擇

數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床的核心。它接受來自輸入設(shè)備的程序和數(shù)據(jù)，目前市場上流行的數(shù)控系統(tǒng)，如FANUC、西門子、GSK980TD等都配置有車床數(shù)控系統(tǒng)，能夠勝任車削加工的大部分工作，并具有價格低廉、可靠性強、功能強大等特點,我們只需安裝一般功能的數(shù)控系統(tǒng)。

2.2 伺服系統(tǒng)的選擇

伺服系統(tǒng)是接受數(shù)控裝置的指令，驅(qū)動機床執(zhí)行機構(gòu)運動的驅(qū)動部件。它由伺服電路和伺服電機組成。一般來說，數(shù)控機床的伺服驅(qū)動要有好的快速響應(yīng)性能，能靈敏而準(zhǔn)確地跟蹤由數(shù)控裝置發(fā)出的指令信號。近年來發(fā)展的步進(jìn)電動機細(xì)分技術(shù)，出現(xiàn)了專用的細(xì)分功率驅(qū)動模塊，這樣的步進(jìn)電動機在低轉(zhuǎn)矩、高精度、速度中等的小型設(shè)備的驅(qū)動控制中得到了廣泛應(yīng)用。在改造時，伺服系統(tǒng)驅(qū)動電動機可采用步進(jìn)電動機控制。

2.3 反饋裝置的選擇

改造后的車床已拆掉原齒輪傳動系統(tǒng)，將主軸箱與進(jìn)給箱之間的傳動鏈切斷，車床主運動和進(jìn)給運動相互獨立，但是為了使改造后的車床能適應(yīng)加工螺紋的工藝要求，必須把主軸運動和進(jìn)給運動聯(lián)系起來，光電編碼器就是起這種聯(lián)系作用的。因而在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床上加工螺紋或絲杠時，需要配置光電編碼器作為車床主軸位置信號的反饋元件。它與車床主軸同步轉(zhuǎn)動，發(fā)出主軸轉(zhuǎn)角位置變化信號輸送到數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)按照所需加工的螺距進(jìn)行計算處理，從而控制機床步進(jìn)電動機，實現(xiàn)準(zhǔn)確加工螺紋的目的。

2.4 數(shù)控系統(tǒng)電氣控制線的連接

車床的數(shù)控系統(tǒng)改造電氣控制線的連接是將步進(jìn)電動機、驅(qū)動器、主軸脈沖發(fā)生器等裝置與CNC控制裝置上對應(yīng)的接口插座連接，主要包括：進(jìn)行X軸、Z軸及主軸控制接口的連接，用來控制X軸、Z軸伺服電機的運動及主軸的轉(zhuǎn)速；進(jìn)行CNC編碼器反饋信號接口與主軸電機的編碼器的連接，用于加工螺紋時的控制；進(jìn)行手搖脈沖發(fā)生器接口連接，用以實現(xiàn)手動及聯(lián)動切削；連接開關(guān)量輸入輸出接口，輸入信號主要用于X、Z方向是否超程的檢測，刀架的位置檢測及坐標(biāo)原點位置檢測等；輸出信號主要用于主軸的轉(zhuǎn)速控制，主軸的正、反轉(zhuǎn)或停止控制，主軸的冷卻液的開、閉控制，刀架正、反轉(zhuǎn)運行等控制；連接機床操作面板接口，機床操作面板有多個自定義鍵，結(jié)合該機床控制操作的自身特點要求，在機床面板上定義的操作鍵，完全能滿足機床控制的要求。

2.5 可編程控制器PLC的控制及設(shè)計

進(jìn)行可編程控制器PLC與機床CNC的聯(lián)接、PLC輸入輸出端與機床面板信號聯(lián)接、PLC輸出端與機床強電信號聯(lián)接、PLC輸入端與機床CNC數(shù)控裝置I/O接口的聯(lián)接。

PLC的連接進(jìn)行后，進(jìn)行PLC程序的模塊化設(shè)計，可將PLC程序劃分為5個模塊，即公共信號模塊、基本控制模塊、刀架模塊、主軸模塊、報警模塊。PLC的控制程序可進(jìn)行編寫或是借用程序進(jìn)行修改。

2.6 調(diào)試與運行

各零部件安裝完畢、電氣控制系統(tǒng)連接完成后，在機床導(dǎo)軌面和滾珠絲杠上涂上潤滑油，接通電源到控制裝置的電源插座上，全部接通后對機床進(jìn)行調(diào)試，檢查步進(jìn)電動機的轉(zhuǎn)向是否正確，用“手動”試驗各種轉(zhuǎn)速的運轉(zhuǎn)情況，利用手動方式檢查系統(tǒng)的伺服驅(qū)動和步進(jìn)電動機工作是否正常。試編一個簡單的零件加工程序進(jìn)行試加工。

3 數(shù)控化改造的教學(xué)優(yōu)勢

此次數(shù)控改造可采用最新的控制技術(shù)，不同于成套的現(xiàn)有設(shè)備，設(shè)備中的控制元件都是廠家選擇好的。而在數(shù)控化改造過程中進(jìn)行各控制元件的選擇配置，如選擇數(shù)控系統(tǒng)型號、選擇步進(jìn)電機驅(qū)動進(jìn)給運動的型號、配置脈沖發(fā)生器實現(xiàn)螺紋加工功能等，這些工作完全由參與機床改造的老師與技術(shù)人員完成，各控制元件的型號選擇、功能匹配、接口定義等都是要進(jìn)行分析確定的，這些更能煅練提高教師的應(yīng)用技術(shù)水平。

對學(xué)生來說這樣的實訓(xùn)設(shè)備更有利于提高學(xué)生對數(shù)控系統(tǒng)的整體認(rèn)識能力。對于數(shù)控改造的機床，選擇的元件是多型號、多品種的，參數(shù)的設(shè)定又是后進(jìn)行的，可能有不合理的地方，這些設(shè)備上的弱勢往往是鍛煉學(xué)生能力上的優(yōu)勢，正是因為不合理，學(xué)生才會多思考，就是設(shè)備接口型號不統(tǒng)一，學(xué)生才要抓住系統(tǒng)運行的原理去解決遇到的問題。這些正是我們要鍛煉學(xué)生應(yīng)用能力的途徑。

結(jié)束語

此次數(shù)控改造還可以充分利用現(xiàn)有的設(shè)備與現(xiàn)有的實訓(xùn)場地，不必用過大的投資就可滿足教學(xué)需求。同時在改造過程中，也可以參照大賽要求進(jìn)行改造，為大賽也為教學(xué)提供了方便的設(shè)備保障。

【1】貫宇主編.現(xiàn)代工廠電氣控制技術(shù)實訓(xùn).北京：石油工業(yè)出版社，2010.

【2】于潤偉主編.機床電氣系統(tǒng)檢測與維修.北京：高等教育出版社，2009.

【3】劉永久主編.數(shù)控機床故障診斷與維修技術(shù)（FANUC系統(tǒng)）.北京：機械工業(yè)出版社，2009.

（作者單位：大慶職業(yè)學(xué)院機電工程系）

（編輯 劉麗娜）