2 Ø6.3m立式車床的數控改造

1. 機械改造
   從機械改造盡可能簡單的原則出發，根據東方電機廠加工零件的要求，Ø6.3m立車數控改造保留了原右刀架、橫梁和主軸的手動加工操作功能。對其左刀架的X軸和Z軸運動采用數控。機械部分也相應地做了改動，更換了減速箱。右刀架留作常規加工之用，使以往產品的加工工藝路線不致有較大變化，符合傳統生產習慣。左刀架可進行數控加工，滿足該廠在不斷開發新產品時，實現多品種、單件和小批量生產的要求。
   具體方法是：去掉左刀架的原有的齒輪傳動系統，安裝上伺服進給驅動箱，其變速比為1:4。對于這類大型機床，由于刀架比較重，慣性大，若采用伺服電機直接與絲桿相連，伺服系統的驅動功率要求很大。雖然這樣可以提高進給速度，但系統的成本將會非常高。對于大型回轉體加工，進給速度一般要求比較低，因此，X、Z軸采用一定速比的機械降速傳動，以降低對X、Z軸伺服電機驅動力矩的要求，從而降低改造成本。進給速度通常設定為2m/min左右。改造前后的進給傳動系統示意圖如圖1所示。
   (a)改造前
   (a)改造后圖1 進給傳動系統圖
   新的傳動鏈中，刀架滑座和刀架滑枕的進給各自獨立，分別由各自的交流伺服電機驅動。經過一對減速齒輪，傳動各自的絲杠，產生相應的位移。兩傳動鏈在機械上互不聯系，當加工錐面或球面時，由數控系統發出指令，使兩坐標軸按要求的規律聯動，車削出所需的錐面和球面。從圖1b可見，改造后的進給箱僅用一對齒輪傳動，這遠比原進給箱的齒輪對數少，為減少齒輪傳動鏈的反向間隙創造了有利條件。
2. 伺服系統選型
   大型立式車床X、Z軸的負載特性不同于小型機床，因此對伺服電機的力矩要求亦不同于小型機床，另外信號的傳輸距離也比較遠。考慮到用戶的需求，用華中Ⅰ型數控系統改造的大型立車時，選擇以下三種伺服系統之一：

   1. 采用德國AMK公司的65N·m交流伺服驅動和電機，其中Z軸電機帶抱閘裝置。該伺服系統是模塊化結構，有電源模塊、進給模塊，模塊之間由控制信號相連。數控系統的內裝PLC檢測各模塊有無異常，按一定的順序分別輸出信號，使伺服處在就緒狀態。模擬伺服模塊檢測電機編碼器作為速度反饋，同時輸出到位置控制器，作位置反饋。
   2. 采用德國SIEMENS公司的交流伺服系統及電機，它也是模塊化結構，分成電源模塊、進給模塊。進給模塊接受系統輸出的模擬電壓信號(為-10V～＋10V)控制。電機輸出兩路檢測信號，一路為測速機的速度模擬信號，輸出到進給模塊，一路為編碼器信號，輸出到位置控制接口。 #p#分頁標題#e#
   3. 采用FANUC公司的直流伺服系統。此種配置主要是為了與原有的直流進給電機配套，以節省經費。
   東方電機廠Ø6.3m立車的改造，采用了德國AMK公司的65N·m交流伺服驅動和電機。
3. 數控系統
   對大型立車數控改造，采用HZCNC-IT數控系統。由于機床外型大，整個系統布局設計分為三部分

   1. 操作站，含顯示器、數控編程鍵盤、機床操作面板和軟盤驅動器；
   2. 電氣控制柜，由主軸控制柜和伺服控制柜構成；
   3. 小操作盒懸掛在機床上，由搖動和點動按鈕組成。
   由于操作站與電氣控制柜之間的距離相距約30多米，對系統的信號傳輸需要進行特殊的處理。具體如下：

   1. 位置控制器與系統的主控機的信號處理。位置控制器如嵌入到主控機箱中，位置控制器輸出的位置指令是一個小電流的模擬電壓信號(-10V～+10V)。若長距離的傳輸，必然會衰減。如系統給定10V，輸出到伺服系統可能只有5V。即使不考慮其它干擾因素，電機也達不到理論的轉速，會引起系統跟蹤誤差過大而報警。如考慮其它干擾，進給軸控制的穩定性無法得到保證，為此位置控制器與伺服單元軸的物理位置盡可能近。為此設計了一塊智能位置控制卡，CPU為80C196，安裝在電氣柜中，它與伺服驅動系統構成對機床X、Z軸的進給控制。而智能位置環控制卡與主控機，采用串口RS-422方式，遵循一定的協議長距離進行實時通信，即主控機每8ms向智能位置環控制卡傳送增量信息。
   2. 手搖信號的處理。手搖脈沖發生器輸出的信號為A、B兩路、相位相差為90°的TTL的方波信號。為了長距離的傳輸，將A、B兩路信號分別經差分發送器，變成差分信號，以便提高信號的抗干擾能力。

3 系統的PLC

圖2 系統內部PLC結構圖

圖3 球體軸承座零件

4 改造效果