立式升降台铣床的数控改造方案

　　摘要：随着计算机集成制造技术、智能制造、网络制造等的新的概念和方法的研究与发展，发展数控技术已成为我国振兴机械工业的重中之重。实践证明，数控改造是发展我国机械工业可行的必由之路。
　　
　　一、引言
　　
　　决定改造方案是旧机床进行数控化改造中zui重要一环，并不是所有的旧机床都适合于改装成数控机床，衡量是否合适改造的主要标准是机床现有状况，以及数控化改造的经济性。主要在数控系统比较分析选型，技术和经济可行性分析、主传动、进给传动机械和电气部分改造方法等几个方面进行分析及方案制定。在技术可行性分析方面主要是对被改造的机床进行结构、性能、精度等技术现状的全面分析。其中包括机床原来的结构设计是否合理；机床的基础部件和结构件是否仍然完好；考察各坐标轴的机械传动结构及导轨副的形式等是否适用；测量机床目前的各项精度并与出厂精度进行对比，看是否存在差距；综合总结目前机床存在的故障和历*出现过的重大故障。根据分析的结果，对照改造目标和典型工件，编写改造设计说明书，做到改造后的机床达到一定的*性和实用性。
　　
　　二、数控改造各系统的安装
　　
　　1、控制系统的安装常见的有悬挂式、柜式、台式等。安装方式的选定，直接决定各种连接电缆的走线方式和电缆长度，也关系到操作与维修的方便性。
　　
　　2、驱动系统的安装，原则上采取电气柜内安装这一种方式，应考虑的因素有通风冷却，电缆走线方式及长度，对其他电器的干扰等。
　　
　　3、电动机的安装，根据机床的实际，确定电动机的安装方式选择法兰式、底座式还是带底座法兰式，再加上轴伸方向、电动机接线盒的位置等，这些由电动机的订货辅助参数确定。
　　
　　4、测量系统的安装，如选择电动机内装编码器的结构方式，电动机安装一确定，它也就确定了；外装式需要有弹性联轴节、安装卡子、电缆走线方向及长度等的考虑。通过对同类数控铣床的现状进行了解和分析之后，提出了对铣床进行数控化改造的技术方案，即用华中数控系统（含数控单元、PLC、强电柜、伺服驱动单元和电机等）对该设备进行*改造。
　　
　　三、数控改造具体方案
　　
　　作为机床的zui终用户，厂方必须首先要确认机床机械系统的状况。如：目前机床的精度，机械传动链的状况，丝杠、导轨的状况，有无重大故障等，以确定机床是否要大修、项修。因为是由非数控机床改为数控机床，所以首先要考虑机械改装的可行性，zui重要的是导轨的形式及滚珠丝杠的安装。其次要考虑机械传动机构的传动间隙与传动刚度是否符合数控机床的要求。
　　
　　为提高设备的利用率及生产效率，东北特钢集团对一台1976年购进的X5030立式升降台铣床，采用MCS-51系列单片机为核心的数控装置，以步进电机为驱动机构对铣床的纵向、横向机构进行改造，组成一台经济型数控铣床，控制原理。
　　
　　z2-主动齿轮齿数改造X5030立式升降台铣床，选择p=6mm的滚珠丝杠，步距角θ=1.5°/步，脉冲当量δ=0.01mm/步，则传动比i=（1.5°×6）/（360°×0.01）=2.5=75/30=z1/z2，即主动齿轮齿数为30，被动齿轮齿数75，两齿轮的精度等级宜用7-6CGB2363-80。步进电机与丝杠装配的关键在于保证同轴度要求，并消除齿轮侧隙以及丝杠和螺母间隙，丝杠要施加预紧力，连接后的工作台在整个行程内的任何位置上要求运动平稳、轻快、无阻滞现象。
　　
　　我采用长春市奥维精密试验设备有限公司的电液伺服式的JKW系统，此系统的好处是可以减少费用，降低改造成本。该数控系统以MCS-51单片微机为核心，采用模块化结构。它的机箱内有四种模板，即计算机板、电源板、接口板和驱动板。
　　
　　其电源采用开关电源，稳压范围广，抗*力强，其步进电机高频运行时输出转矩大，还可利用计算机设置原点。这些优点使其非常适合此铣床的数控化改造，具有较高的性能价格比。X5030立式升降台铣床的机械部分是通过铣床的纵向、横向机构进行改造实现数控的。为了保证铣床能由计算机控制，首先拆去了纵向、横向离合器和纵向、横向手轮，将手轮端通过一对齿轮与步进电机相联，利用步进电机控制工作台横向、纵向的移动。工作台的垂直进给仍可用手动实现，这样可以使铣床的传动结构的改动尽可能地减少，数控部分发生故障时仍能用手工半自动操作。
　　
　　使用中我们发现，由于铣床纵向丝杠长、使用频繁、横向丝杠承受负载大的情况，应将其换成滚珠丝杠。采用滚珠丝杠，必须利用双螺母消除间隙和调节预紧力，同时必须对其刚度、导程变化总误差和稳定性进行仔细验算。步进电机的选项择必须与丝杠螺距相匹配的型号。考虑到一般加工精度在0.1～0.2mm之间，可以选用脉冲当量为0.01/step的步进电机。选定了步距角θ，脉冲当量δ，及丝杠螺距P后，可以根据下式计算步进电机与丝杠之间的传动比i=（Θp）/（360°δ）=z1/z2（z2为主动齿轮齿数，z1为被动齿轮齿数）。改造X5030立式升降台铣床，选择P=6mm的滚珠丝杠，步距角θ=1.5°/step，脉冲当量δ=0.01MM/step，则传动比i=（1.5°×6）（/360°×0.01）=2.5=75/30=z1/z2，即主动齿轮齿数为30，被动齿轮齿数75，两齿轮的精度等级宜用7-6CGB2363-80。（即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ组精度，为7级，△Ea〃的精度为6级，侧隙类型为C类）步进电机与丝杠装配的关键在于保证同轴度要求，并消除齿轮侧隙以及丝杠和螺母间隙，丝杠要施加预紧力，连接后的工作台在整个行程内的任何位置上要求上运动平稳、轻快、无阻滞现象。
　　
　　四、注意事项
　　
　　数控系统与铣床联机后的调试必须注意以下几点：a.首先用“手动”功能检查步进电机转动和转向，如不正确，对调步进电机连线。b.检查步进电机各种转速运转情况，如果不进电机在某一转速上产生剧烈振动，则避开这一速度不用。c.检查原点位置误差，可通过将两块千分表固定在原点处测量，如果误差大于0.02mm，则应着重检查螺母间隙或齿轮间隙后，再降低低速度，试验出回到原点时所能达到的zui大速度。d.机床运行一段时间后，机床各摩擦面即由摩合阶段进入稳定磨损阶段。此阶段因磨损引起的尺寸误差很小，应该重新消除传动间隙。此铣床经过改造后，极大地提高了加工效率，对于常规工件的加工一般可提高工效3-倍，使生产周期缩短。

　　（文章来源：《科教创新》）