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1、策卷绍期年月机械工业自动化,一一一护一卜,一时。注,、,大型机床用数控系统开发应用初探荆东晖夭津市橄电脸联合公司摘,介 绍了工 业生产 对控 制大型 机床的国产徽机数控 系统需求情况和国产型微讥系统 的性能指标。叙述 了对型 徽 机 系统 的开发及 在控制大型机床上的应用 实践。实践验证开发是成功的,应用效果良好,找到丁经济型 的能摘足大型 机床效控要求的国产 徽机 敬控系统,为其在大型机未上的 应旧提 洪 了技术和经脸。关工润。编程数控系统数控机 床一、引言数控机床是用计算机指令控制机床动作的自动化机床,是典型的机电一体化产品。当代数控机床综合应用了微机 自动控制,精密测量,机械设计与工艺,
2、以及配套技术领域中的最新成就,融合了高效、精密、柔性、集成四大特点,成为机床先进的具体体现。成为衡量各国机床生产水平和机械制造业装备水平 的重要指标。我 国拥有数控机床近万台,大部分是国内生产的,也有一定数量 的数控机床是从国外 引进的。而大型数控机床绝大部分是进口的,部分 国内制造 的大型数控机床和用数控系统改造的大型旧机床,控制这些大型机床的微机系统基本上都是 国外引进的。如西门子公司、辛辛那提公司、公司等外国厂家的微机数控系统。国内生产的单板机、单片机开环系统或部分半闭环系统多用于中、小型机床制造和对旧的中、小型机床改造。如何开发应用国产微机系统制造和改造出经济实用的大型数掉机床是目前国
3、内急待解决的课题。二、大型机床数控化的实际需要天津发电设备总一在水轮发电机组的生产制造过程中,贯流水轮机组的导叶和 轴流水轮机组的叶片两端的球面和圆弧 要用型端叮车床加工。这种端画车床的床头箱和滑盘为一体,床身单独为一体和床头箱分离式的最大回转直径为四米的大型机床。紧挨滑盘的地颐上安装有型梢的工作台,尾 座和床身分别安装在工作台上,并可前、后、左、右移动,是一种大型落地乍床,俗称大头车床。用普通大头车床加工上述 导叶片两端的球面及圆弧面,加工难度相当大。这些球而或圆弧面 的加工,是用很多个圆柱而加工来逼近的,称之为排 台阶。加工、一个圆柱而就得对一 次刀,四米 回转直 径的大导叶,要加工很多个
4、圆柱面,也就是排很多个台阶,才能近似成球面,最后再用仆模加工 出真正球面。这样加工费工时,劳动强度大,还 要花很大费用制做银模。因为水轮发电机组多为单合多品种生产,需要为各种导叶制造多种靠棋工装。工人精神高度集中操作,仍难保证加工质量。用这样生产的导叶,需用手提砂轮打磨后才能装配,影响产品精度。有一个水力发电站的发电机组共“个叶片,一台大头床车一年才能加工完,这种加工速度远不能适应生产发展的需 要,直接影响生产任务完成,影响水电站的施工、投产和发电,是水力发 电设备制造中的卡脖子环节。为解决生产 中这关键间题,需要微机数控大头车床进行加工。而数控大头车床本厂没有,国内同行业厂家也没有。马上从国
5、内或国外购买新的数控大头车床,客观条件、时间、资金都不允许。最后选择了开发应用国产微机数控系统,重新制造大头车床床身成为数控床身的办法,实现大头车床数控加工,这样投资少,见效快,又能解决生产中的急需。又如广东省化州水轮机厂所承担新的大型水电站设备生产任务中,有一批关键零部件直径大,需要在加工直径五米的 立车上加工。这批零部件大部分表面是圆锥面、球面或其他曲面,立车不实现数控难以加工。也需选择最经济、最实用的方案,将 国产徽机数控系统开发应用在改造五米立车上,使五米立车的一个刀架实现微机控制,解决加工曲而零部件的生产中的难题。综上所述,大型机床用国产微机数控系统实现数控的实际需要,促使我们在这些
6、大型机床的控制上开发应用国产微机系统方面 做 了初步探讨。单片机相比,它功能全,逻辑功能强,软件灵活,便于参数的设定和调整,便于对系统工作中的各种信息数据作诊断检测并及时处理,也便于加强实时维护,提 高系统可靠性。它组成的系统调速结构简单,位置控制准确,主回路脉动成份小,低速运行性能好,调速范围大。型微机数控系统是北京数控设备厂自行设计和制造 的微机系统。控制部分是由高速微处理器,半导体存贮器等大规模集成电路组成。采用可控硅直流伺服驱动环节,直流永磁伺服 电动机拖动,高精密脉冲编码器反馈,组成、两坐标控制 的系统。结构如图所示。中中央处理单元元甲甲一一一一一一三、国产微机数控系统图框图我们选用
7、了系 列较大功率的伺 服电机拖动,型国产半闭环微机系统控制的大功率经济型数控系统。它和 日本微机系统、法国微机系统相比,体积小、重量轻、价格便宜,和单板机、主要功能如下。可同时控制轴和轴两轴联动,手动时一轴动作。用代码编程。最小输入增量为。最小输出增量为轴轴。最大编程尺寸”,能按任意直线轨迹和圆弧轨迹进行插补运动,但不过象限。轴按图纸直径进 行编程。在同一程序段中,绝对值、增量值的地址字可 以混合使用进行编程。用键盘方式或盒式磁带愉入程序。零件程序存贮器为,共容量。用后备电池供电,持续停电一月以上,不破坏所存零件程序和参数。系统具有程序编辑,零件程序删除、修改、插入、检索、输出到盒式磁带等功能
8、。数码管通用显示器显示。有增量点动进给功能,手动连续进给功能,自动循环功能。具有机床锁住、程序空 运行、程序运行中途暂停功能和调用用户子程序功能。丝杠间隙补偿。、两轴分别设定。系统有自诊断功能和故障自动报警功能。四、微机系统的开发应用将微机系统成功的用在机床上的兄弟单位已有不少,当然也发现 了系统,一些不足和待改进之处。但将此 系统拿来就用在大型机床上是不能正常运行的,必须做一系列的改动和开发实验。新制做大头车床数控床身的设计选用大型端面车床的床头箱包括花盘和主轴拖动系统、后尾座、安放在地面的工作台,去掉整个床身,包括溜板箱和走刀箱一起去掉,也就是去掉此定型机床的全套进给系统。重新制做床身,做
9、成和原机床去掉的床身一样可移动式的。新做整个床身的进给控制全部由微机数控系统完成。溜板箱轴山型直流 永磁伺服电动机通过倍降速的齿轮变速箱拖动螺距的滑动丝杠副,走刀箱轴由型直流永磁伺服电动机通过倍降速的齿轮变速箱拖动螺距的滑动丝杠副,由微机 系统控制、两轴的拖动电动机进行联动运行。实现直线、斜线和圆弧进给加工。控制程序和设定参数的变动开发由于大型机床进给速度很低因大型机床主轴转速低,一般每分钟十几转到几十转,进给力矩却要求很大。所以选用适当容量的伺服 电机,加装固定变比的齿轮降速机构,降低进给速度,加大进给扭矩。牺牲微机数控系统的部分快速性能,将 原系统最高速,降至二,快速倍率修调开关去掉挡只剩
10、下挡和。挡使用。在北京机床研究所帮助下,将系统内部分控制程序的存贮器集成电路块去掉,换上新的存有符合大头车床使用的控制程序存贮器集成电路块。将轴和轴螺距设定参数做相应开发,不没定螺距 的实际值,而是将螺距实际值除以齿轮箱降速比值,再扩大倍,将最后得数做为丝杠螺距数设定到微机 系统中去。其他设定参数也做相应的开发后设定到微机系统中。经上述 开发变动后,型微机数控系统的硬件、控制程序、设定参数才适用于大头车床的控制需要,才不致于快速操作时,快速修调开关放置挡和挡时均出现超速报警而不能运行,才能使大头车床进给真正实现直线插补和圆弧插补运动。坐标系 和编程开发的应用采用型微机数控系统,用在控制大头车床
11、的床身进给部分,虽然进行了上述的系统内部控制程序和设定参数的开发,仍无 法使用,还必须对机床坐标系和零件程序的编 制方法做部分开发才能应用。零件加工程序 中圆弧指令走直线从起刀至加工程序为一。一。一一如图工件装在数控床身的大头车床上一。今如图,在数控大头车床上做空切削实加工,刀具进给轨迹如虚线所示。零件加工程序中圆弧指令走折线。从起刀 至,再从至加工程序为。来一一带如图,在数控大头车床上做空切削实一一生冲验刀具进给运行轨迹如图中折线所示。轴轴交替进给而不联动,折线成近似圆弧形。程序中圆弧指令走不规则弧线从起刀至,再从至加工程序为、一一朱一一验刀具进给运行轨迹如图中虚线所示。轴和轴实现了联动运行
12、,但不按程序中的圆弧运行。至段,轴先走约,和两轴联动,然后轴走到点。刀具轨迹不是圆而是不规则的弧线和直线。在调试程序和试切削实验中,出现了上述三种现象,都是不正确的,不能使用的。按规定坐标是水平的,它平行于工件的装卡面。在工件旋转的车床上,坐标的方向在工件的径 向上,平行于走刀箱。刀具装在走刀箱上面的刀架上,此刀具离开工件旋转中心的方向是坐标正方向。坐标则垂直于工件装卡面。按常规应使用右手坐标系,编程序时为顺时针圆弧进给指令,为逆时针 圆弧进给指令。但在这台新做数控床身的大头车床上,却不能简单的按右手笛 卡儿坐标系根据上 述、两坐 标 的 规定,进行编程和加工使用。必须将右手 坐标系改为左手坐
13、标系,编程时顺 时针 圆 弧加工指令为,逆时针 圆弧加工指令为。数控大头车床切削验证用新开发制做好 的大头一车床加卜贯流水轮机组导叶的小头球面,用直径增量方法编程,从起刀至,一再从到,程序为一一魂一峨帝、一来“如上图切削完毕,经检验完全符合标准。切削验证对国产的开发是正确的,成功的,用开发后的系统制造大头车床身同样是成功的。数控大头车床使用效果 良好。中米立车的改造对另一个型微机系统也同样做了上 述的开发和改动,使系统硬件、控制程序、参数设定值适应大型机床即今米立车的应用。用其改造了立车的右刀架,同样改用左手坐标系,编制零件加工程序时,顺时针圆弧切削指令用,逆时针 圆弧切削指令用。经反复调试和
14、运行实验,小米立车数控右刀架加工圆锥面、圆弧面和球面零件均完全合格。效率,保证了产品质量。经两年多的应用实践考查,国产型徽机数控系统未发生故障,操作灵活,运行稳定。年月至月间,用这台数控大头车床加工水电站水轮发电机组 的 导叶 共 “个,用了不到两个月时间就加工完毕,干了过去用排 台阶和靠模时一年才能千完的活。而且质量大大提高,装配时没有一个需用砂轮再次打磨。节约了装配工时并减轻了劳动强度,节约了制做靠模工装的资金,收到了显著的经济效益和一定的社会效益。型国产微机数控系统在改造小米立车上的应用同样获得了成功。六、结论五、国产微机系统开发应用试验结果型 国产微机数控系统经开发应用实践证 明性能稳
15、定,质童可靠,功能满足要求。在用于大头车床数控床身的制造项 目中,和用于小米立车的改造 项目中,都是成功的,经济实用的。对精度要求不太高的大型机床的改造,对大型经济型数控机床的制造,均可应用国产微机数控系统,见效快,经济性好。对型微机数控系统及其他国产微机系统应进一步改进和开发,提高产品质量、提 高系统的可靠性和使用的方便性,以适应我国机床数控技术发展的需要参考文献大头车床数控床身制造完毕,经调试 后于年初正式投入运行,现已两年多了,很受使用单位和操作工人欢迎。加工了大批工件,质凰全部合格。节约了工时,提高了年叮月月助 伯自动控制系统机 城工 业出版 杜,了上兆全。橄型计算机。人民邮电出版性,年
