基于華中數控系統的ZJK7532A數控鉆銑床升級改造

呼剛義，王麗潔

(西安理工大學 高等技術學院，西安 710062)

0 引言

許多加工用戶使用的數控機床主要是國內早期的數控設備，系統功能簡單并進入老化階段，電氣控制故障率逐年上升并且加工精度低，已嚴重影響到企業的正常生產。而新購設備投入較大，廢棄舊設備又比較浪費，能否有一種途徑花盡可能少的錢，就能使舊機床不僅具有和新機床一樣的加工精度，而且還具備當前數控機床的功能，還能減少故障率、提高加工效率。針對這種情況，我們對ZJK7532A數控鉆銑床進行全面了的系統、電氣和機械升級改造。

1 升級改造的內容

ZJK7532A數控鉆銑床是外配通用PC機的經濟型數控裝置，屬于早期的華中2000系列數控系統，主軸為機械手動變速，進給為步進電機開環控制，采用梯形螺紋絲杠傳動。系統落后、精度差及穩定差。故具體改造內容涉及數控系統升級，交流伺服電機半閉環控制，主軸無級調速改造和機械結構升級。

2 改造設計具體方案

2.1 機械結構的改進

機床主軸的改造是在原機床手動換檔三級變速的基礎上，充分利用原有三相異步電動機和主軸變速箱，采用變頻器驅動實現手動換檔分段無級變速的控制方式。這種方式很適合需要無級變速但又對低速和高速都不要求的場合，實現起來簡單方便又比較經濟，在較低速度時可通過機械變速裝置擴大輸出轉矩，但其調速范圍受到電動機最高轉速的限制。進給軸結構改造如圖1所示，伺服電機通過1:1的齒形帶輪帶動滾珠絲杠旋轉，實現工作臺的運動。替換了原有的梯形螺紋絲杠，提高了機床的精度和快速響應性。

圖1 x、y、z軸機械傳動部分

2.2 強電電氣控制設計

改進后機床強電電氣原理圖如圖2所示。主要是主軸和進給伺服電機的電源及其控制連線。

2.3 數控系統的選擇

綜合性能、可靠性及經濟性因素，本機床改造中我們選擇華中“世紀星”數控系統，它是在華中I型、華中2000系列數控系統的基礎上，滿足用戶對低價格、高性能、簡單、可靠的要求而開發的數控系統，近年來國內用戶對其認可度有很大提高。它采用了先進的開放式體系結構，內置嵌入式工業PC，配置7.5＂或9.4＂彩色液晶顯示屏和通用工程面板，集成進給軸接口、主軸接口、手持單元接口、內嵌式PLC接口于一體，支持硬盤、電子盤等程序存儲方式以及軟驅、DNC、以太網等程序交換功能。具體連線如圖3所示。

圖2 機床強電電氣回路原理圖

圖3 系統連接總圖

2.4 主軸電路

本機床改造中主軸變頻調速采用日立SJ200-015HFE變頻器，其采用正弦波脈寬調制（PWM）控制，額定容量2.9KVA，額定輸入、輸出電壓三相交流380-480V+10%，額定輸入電流5.0A，額定輸出電流3.8A，輸出頻率范圍1～ 360Hz，適用電機容量1.5KW，具有主軸過流、短路、過熱等故障報警功能。變頻器根據輸入的速度指令和運行狀態指令輸出相應頻率和幅值的交變電流控制電動機旋轉。速度指令為0～10V的模擬電壓，旋轉方向歸PLC輸出的開關量信號決定。具體連接如圖4所示。

圖4 主軸變頻器與電機及控制器的連接圖

2.5 進給驅動電路

本機床改造中的伺服電機驅動選用一款華中開發的型號為HSV-16全數字交流伺服驅動器，其內部采用最新專用運動控制DSP、FPGA和IPM等當今最新技術設計。具有控制簡單靈活、狀態顯示齊全、寬調速比等特點。運行模式選為位置控制方式（脈沖量接口），其位置控制為主要目的，速度控制和轉矩控制為輔，以保證電機的位置精度。連線如圖5所示。

圖5 HSV160伺服驅動器的典型連接方式（位置控制模式）

2.6 機床參數設置

系統參數設置如圖6所示，實際上是對系統內部所有硬件設備進行登記，包括功能配置參數、輸入輸出模塊接口參數、控制方式和所對應的接口的設置參數，以實現系統的信息相互傳遞。其中正反電子齒輪比按一下公式計算。

其中，L——絲杠螺距所對應的內部脈沖當量。（對于世紀星系列的數控系統，在進行齒輪比計算的時候內部脈沖當量為0.001mm）

N——電機每轉一圈,所需要的脈沖數.

X1——數控系統的細分數。

X2——伺服驅動器的內部電子齒輪比。

J——機床進給軸的機械傳動齒輪比。

M——伺服電機碼盤的每轉脈沖數，即電機的碼盤線數。

B——數控系統對伺服電機的碼盤反饋的倍頻數。

圖6 機床參數

3 結束語

機床硬件安裝、連線和系統參數設置完畢后，首先對機床主軸、坐標軸各個部分進行功能測試，然后整機聯調及加工精度檢測。目前改造后機床已投入使用，從加工使用情況來看，改造后機床功能豐富、性能穩定可靠、操作方便，而且加工精度和效率明顯提高，能適應更廣泛的加工要求，與購買同檔次的全新數控機床相比，所用成本大大降低。本次改造，對于加工企業以較低成本升級早期數控機床檔次具有重要借鑒意義。

[1] 梅曉寧,關雄飛,等.數控機床維修實訓指導書[M].西安理工大學校內教材,2009.