用SKY数控系统改造精密螺纹磨床

SB7320半自动精密螺纹磨床,是汉江机床厂70年代末为跃进汽车集团转向器厂设计制造的、专门用于加工汽车方向机滚珠螺杆的精密螺纹磨床,是该厂的关键设备之一。该机床采用与非门元件组成的逻辑电路和时序电路构成的数控系统,数控柜里印刷电路板多达50余块；3个步进电机的驱动电路是大功率三极管组成的模拟放大电路；数据用8个一位或两位拨盘和8个按键输入；机床控制部分是继电器、接触器构成的程序控制电路。机床的线路复杂,可靠性差,维修困难。该磨床经过十几年的使用,系统已落后,故障频率高。1995年我厂对这台数控磨床进行了改造。

机床的数控系统如果用当时国内的经济型数控系统,是用单板机作主控单元,I/O口数量很少,且编程也较繁琐,无法适应这台机床的要求。若用FANUC、SIEMENS系统的价格很昂贵。而南京四开电子企业有限公司开发的SKY数控系统,是在普通计算机平台上实现的。它使用32位80386CPU,配有270M以上的硬盘、1.44M软驱及14英寸彩显,使用标准键盘等一整套完整的电脑作为主控单元,I/O口数量也可满足不同程控的需求。在机床不工作时亦可作普通电脑使用。驱动元件可以是伺服电机或步进电机,数控系统工作在UCDOS汉字操作平台上,可实现两轴或三轴联动。其价格虽比普通经济型数控稍贵些,但性能价格比是一般经济型数控系统的3.5倍以上。SKY数控系统用电脑的COM1串口或扩展的串口与外界进行通讯,I/O通讯口完全满足我们的使用。

我们使用日本三菱公司生产的F1—MR60可编程控制器和F1-ER60扩展单元作为机床的控制器。PLC和NC之间的通讯共有30位,由两个串行口完成。数控程序的执行是在PLC程序控制下进行的,完全包容了机床原有的功能和操作方式。为适应原机床的操作方式和功能,我们采用的数控编程方式,似同用R参数编程的方法,把原机床的拨盘、按键输入数控数据的操作方式全部改为在数控系统的汉字操作屏上,设置/选择参数和选择操作方式。我们把所有的操作简单化,一开机即进入系统初始化状态,可根据显示屏上的提示选择机床的操作说明界面或机床工作界面。在操作说明界面里,我们编制了机床使用SKY数控系统的操作方法和安全操作规程。在机床工作界面里,我们把机床的磨削工作方式(手动/自动、单向磨削/双向磨削、粗磨/半精磨/精磨),磨削循环次数,砂轮修整方式(手动/自动),粗磨、精磨进给量,砂轮修整次数及修整量等参数用菜单一一在屏幕上列出,仅使用键盘上的↑、↓、←、→光标键进行选择和修改。同时在屏幕上还显示工件加工时的动态尺寸。

数控系统的驱动元件是3个步进电机,即:砂轮进给电机、砂轮修整器进给电机及工作台传动丝杆间隙补偿电机。步进电机与传动滚珠丝杆用一对齿轮啮合。其中,被动齿轮用一对1/2主动齿轮齿宽的齿轮叠成,两齿轮用弹簧产生一定的错位角,可自动消除主、被动齿轮的啮合间隙。机床的头架转动直流电机改用三相异步电机,用日本三菱变频调速系统进行交流无级调速。由于电机和头架轴用皮带联接,根据机床工作的转速范围,选择恰当的传动比,使电机工作在25～60Hz之间,保证了头架电机有较好的机械特性和良好的启动特性。头架的转动在机床工作时是不变的,故其速度的调整仅用调速电位器调整。

由于工件毛坯尺寸差异较大,对部分尺寸较大的工作毛坯必须使用手动磨削,所以保留了手动磨削。在手动时,除手动砂轮进给外,砂轮的修整及工作台丝杆间隙补偿仍按预置的量自动进给。

为确保机床的安全操作,我们设置了安全保护系统及强制中断功能。在磨削中若需中断程序运行,操作者只要按下“砂轮后退”按钮,砂轮则快速后退并中止程序。操作者按下“Esc”键,退出数控系统。机床在“手动调整”方式下,进行必要的调整后,使机床处于磨削初始状态。键入“7320”文件名后,重新进入“自动磨削”状态继续工作。PLC与NC之间的30位通讯信号,在调试或维修中,可在数控系统的电脑上用DEBUG语句检验数据通讯是否正确,给维修带来了方便。这台机床1995年4月交付使用至今。

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