电液仿形铣床的数控化改造
1 引言DAU-150型仿形铣床，是日本牧野(MAKINO)公司70年代初生产的仿形加工设备。其仿形控制系统电路，是由分立电子元件组成的。由于年代久远，分立电子元件均已严重老化，故障频繁，且各种机械与电子元件根本无处购买，造成维修困难，已无法正常使用。我们应常柴股份有限公司要求，使用具有自主版权的华中Ⅰ型高性能数控系统，对该仿形铣床进行数控改造，使该机床既具有普通数控机床的功能，又具有仿形机床的功能，实现一机多用。
2 数控仿形加工的基本原理与系统构成
数控仿形测量和加工的基本原理如图1所示。数控仿形测量和加工的过程可以表述如下：数控仿形测量和加工，首先利用三维接触式或非接触式模拟测头检测实物模型的表面信息(主要指测头变形偏移量和它在机床坐标系中的坐标值)，然后由A／D转换电路把模拟量转换成数字量(有些数字化测头直接输出数字量)。仿形控制系统根据所测得的信息，按照仿形控制策略分配各个坐标轴的进给速度，并且把所分配的速度送给数控平台，由数控系统驱动各轴电机，完成仿形测量和加工的全部动作。因此数控仿形加工的控制过程可以概括为数据获取、数据处理、决策和控制四个阶段。
图1 数控仿形加工的基本原理
图2 HNC-1P型数控仿形加工系统硬件结构示意图
实施步骤
对于仿形铣床的改造，用户不仅要求保留原有的仿形加工功能，而且要求增加普通数控加工功能。针对用户要求和铣床的特点，数控改造分两个步骤进行。两个阶段的改造任务完成后，该机床不仅具有通用数控铣床的功能，而且具有仿形铣床的功能，实现一机多作。
第一阶段进行机床的数控化改造，使该机床成为一台数控铣床，具有数控加工能力。在原机床机械结构的基础上，采用华中Ⅰ型数控系统，取代原机床的电液控制系统。华中Ⅰ型数控系统基于PC总线工控机，提供数控测量所需的各种底层驱动和接口程序，三轴的理论分辨率为1µm，可以达到测量所要求的中等精度；使用西门子6140A交流伺服驱动单元和交流伺服电机，取代原X、Y、Z三轴的液压脉冲马达，并取消了庞大的伺服液压站；主轴电机采用变频调速方案，选用日本富士G9S变频调速器控制主轴的转速，取代原电磁离合器调速箱，实现主轴的无级调速。在图2所示的结构简图中，控制板由位置环板(4403)、光电隔离输入板(HC4103)、光电隔离输出板(HC4203)、键盘板(HX5501)等华中Ⅰ型数控系统的通用控制板组成。
第二阶段，进行仿形控制系统软件的安装及三维仿形测头的更换。原仿形测头由于超期使用，其精度及灵敏度都大大降低，已不能正常工作。而仿形测头是仿形机床的关键部件，它的性能对仿形加工质量有着重要的影响。我们换上了英国雷尼绍(RENISHAW)公司的SP2型仿形测头。为了实现仿形测头的数据采集，开发了仿形测头接口板。该接口板将仿形测头的变形量，由模拟信号变换为数字信号，提供给计算机读取。在系统软件方面，我们在华中Ⅰ型数控系统平台上，开发了仿形控制处理软件，实现了仿形测量与加工中测头对型面的跟随控制。
4 结论
由于华中Ⅰ型数控系统具有良好的开放性，非常便于开发与升级。经改造后的数控仿形铣床，可实现三种加工方式：数控加工、边仿形边加工和边仿形边记录数据。该机床还具有比例缩放功能、阴阳模转换功能、加工断点保护及恢复功能、螺距间隙及补偿功能等。改造后的仿形铣床界面清晰、仿形精度和速度明显提高。如能换上进口刀具，效果将更加突出。仿形铣床的改造成功为常柴赢得了显著的经济效益。一年来，该机床已完成了十几套模具的加工。目前，该机床满负荷开动，为企业上等级、上品种、加快新产品开发创造了条件。
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