主軸生產(chǎn)線上CY-CTC63150高剛度數(shù)控車床的智能化設計

黃亞雙

(云南CY集團有限公司,云南昆明 650000)

1 系統(tǒng)構成

如圖1所示。

(1)采用具有開放功能及相應軟、硬件接口的SINUMERIK 840Dsl數(shù)控系統(tǒng),并配備與其匹配的全套數(shù)字式伺服驅(qū)動和伺服電機;

(2)機床進給軸上安裝了位置檢測光柵尺,對各軸的控制形成全閉環(huán),有效解決傳動誤差;

(3)安裝了鈍刀檢測裝置,以實現(xiàn)加工過程中的加工狀態(tài)監(jiān)控,及時消除刀具狀況對加工精度的影響。

2 智能化設計總體方案

2.1 刀具監(jiān)控部分

(1)采用CTM V6-PB卡,該卡直接插在西門子PCU50中的電腦主板上,相當于中央處理單元,用來采集分析處理數(shù)據(jù),進行斷刀、缺刀的實時監(jiān)控;

(2)DTA-1-DP/S：集成在CTM卡上,通過Profinet總線將機床各個進給軸電機的扭矩數(shù)據(jù)傳輸?shù)紺 T M系統(tǒng)。

2.2 實施方法

(1)激活功能數(shù)據(jù)區(qū),設定下列控制參數(shù)。

(2)設定數(shù)據(jù)處理地址。在MD61701中輸入PLC-INPUT的起始地址,在MD61702輸入PLC-OUTPUT的起始地址。

2.3 初始設定及監(jiān)控范圍設定

使用新刀試切樣件,所得信號的峰值設置為100%,面積設置為100%。即為學習曲線(如圖2中淡綠色填充圖)。然后再模擬缺刀狀態(tài)、鈍刀狀態(tài)、斷刀狀態(tài)進行系統(tǒng)設置[1]。

圖1 電氣系統(tǒng)構成框圖

圖2 刀具檢測連接圖

2.4 熱誤差補償部分

2.4.1 CY-CTC63150高剛度數(shù)控車床滾珠絲杠傳動機構及熱源分析

滾珠絲杠傳動機構主要有四大熱源：伺服電機功率損耗產(chǎn)生的熱量、絲杠前、后端軸承摩擦發(fā)熱,以及螺母在絲杠上來回運動的摩擦發(fā)熱。此外,機床上安裝的液壓站、機床所處環(huán)境溫度也會對機床熱誤差造成一定影響,綜合分析絲杠熱膨脹導致的螺距變化是影響定位精度的主要原因,因此有必要了解沿絲杠軸向的溫度分布狀況[2]。

2.4.2 熱誤差補償在CY-CTC63150高剛度數(shù)控車床上的試驗過程和數(shù)據(jù)分析

(1)X軸的熱態(tài)幾何誤差補償效果對比。

由于室溫變化以及機床的運動發(fā)熱,在沒有補償時,X軸熱態(tài)定位誤差范圍為[-0.001mm,0.014mm],最大偏差量15 μm而采用誤差補償系后,X軸熱態(tài)定位誤差范圍為[-0.002mm,0.000mm],最大偏差量2μm,精度提高百分比達到86.7%。

(2)Z軸的熱態(tài)幾何誤差補償效果對比。

沒有補償時,Z軸熱態(tài)定位誤差范圍為[0.000 m m,0.0014mm],最大偏差量14μm。而采用誤差補償后,Z軸熱態(tài)定位誤差范圍為[-0.002mm,0.002mm],最大偏差量4μm,精度提高百分比達到71.4%[3]。

3 結語

通過SINUMERIK 840Dsl數(shù)控系統(tǒng)的強大的編程、人機對話及通訊功能,實現(xiàn)了智能檢測設備在CY-CTC63150型高剛性數(shù)控車床上自動補償、自動檢測的應用,保證了機床在生產(chǎn)線中的持續(xù)、高效、高精度的加工。

[1] 羅孟然.MDH80加工中心結構優(yōu)化與加工特性分析[D].大連理工大學,2014.

[2] 皮舟.高速凸輪軸磨床砂輪主軸系統(tǒng)靜動態(tài)特性分析及實驗研究[D].湖南科技大學,2015.

[3] 李蓓智,吳喜如,楊建國,等.精密數(shù)控車床電主軸-軸承-轉子系統(tǒng)動態(tài)性能計算分析[J].機械設計與制造,2010,(3)：173-175.