談機床數控化改造

黑龍江 李戰梅

談機床數控化改造

黑龍江 李戰梅

教學用機床設備老化，無法完成目前的教學工作，為適應技能大賽要求，必須進行機床數控化改造。在進行機床數控化改造的過程中，機床本體基本結構不變，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難度主要放在電氣控制領域，改造前要進行技術論證、器件選擇、新系統的設備連接設計、PLC系統調試，改造后進行設備試運行，并提出改造的注意事項。

機床；大賽；改造

1 為滿足實訓教學，實施機床數控化改造

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

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

2 數控化改造的內容

進行數控化改造應用到的相關知識與技能較多，主要包括：

2.1 數控系統的選擇

數控系統是數控機床的核心。它接受來自輸入設備的程序和數據，目前市場上流行的數控系統，如FANUC、西門子、GSK980TD等都配置有車床數控系統，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控系統。

2.2 伺服系統的選擇

伺服系統是接受數控裝置的指令，驅動機床執行機構運動的驅動部件。它由伺服電路和伺服電機組成。一般來說，數控機床的伺服驅動要有好的快速響應性能，能靈敏而準確地跟蹤由數控裝置發出的指令信號。近年來發展的步進電動機細分技術，出現了專用的細分功率驅動模塊，這樣的步進電動機在低轉矩、高精度、速度中等的小型設備的驅動控制中得到了廣泛應用。在改造時，伺服系統驅動電動機可采用步進電動機控制。

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，將主軸箱與進給箱之間的傳動鏈切斷，車床主運動和進給運動相互獨立，但是為了使改造后的車床能適應加工螺紋的工藝要求，必須把主軸運動和進給運動聯系起來，光電編碼器就是起這種聯系作用的。因而在經濟型數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動，發出主軸轉角位置變化信號輸送到數控系統，數控系統按照所需加工的螺距進行計算處理，從而控制機床步進電動機，實現準確加工螺紋的目的。

2.4 數控系統電氣控制線的連接

車床的數控系統改造電氣控制線的連接是將步進電動機、驅動器、主軸脈沖發生器等裝置與CNC控制裝置上對應的接口插座連接，主要包括：進行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速；進行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；進行手搖脈沖發生器接口連接，用以實現手動及聯動切削；連接開關量輸入輸出接口，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原點位置檢測等；輸出信號主要用于主軸的轉速控制，主軸的正、反轉或停止控制，主軸的冷卻液的開、閉控制，刀架正、反轉運行等控制；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的控制及設計

進行可編程控制器PLC與機床CNC的聯接、PLC輸入輸出端與機床面板信號聯接、PLC輸出端與機床強電信號聯接、PLC輸入端與機床CNC數控裝置I/O接口的聯接。

PLC的連接進行后，進行PLC程序的模塊化設計，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的控制程序可進行編寫或是借用程序進行修改。

2.6 調試與運行

各零部件安裝完畢、電氣控制系統連接完成后，在機床導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行調試，檢查步進電動機的轉向是否正確，用“手動”試驗各種轉速的運轉情況，利用手動方式檢查系統的伺服驅動和步進電動機工作是否正常。試編一個簡單的零件加工程序進行試加工。

3 數控化改造的教學優勢

此次數控改造可采用最新的控制技術，不同于成套的現有設備，設備中的控制元件都是廠家選擇好的。而在數控化改造過程中進行各控制元件的選擇配置，如選擇數控系統型號、選擇步進電機驅動進給運動的型號、配置脈沖發生器實現螺紋加工功能等，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行分析確定的，這些更能煅練提高教師的應用技術水平。

對學生來說這樣的實訓設備更有利于提高學生對數控系統的整體認識能力。對于數控改造的機床，選擇的元件是多型號、多品種的，參數的設定又是后進行的，可能有不合理的地方，這些設備上的弱勢往往是鍛煉學生能力上的優勢，正是因為不合理，學生才會多思考，就是設備接口型號不統一，學生才要抓住系統運行的原理去解決遇到的問題。這些正是我們要鍛煉學生應用能力的途徑。

結束語

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

【1】貫宇主編.現代工廠電氣控制技術實訓.北京：石油工業出版社，2010.

【2】于潤偉主編.機床電氣系統檢測與維修.北京：高等教育出版社，2009.

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

（作者單位：大慶職業學院機電工程系）

（編輯 劉麗娜）