数控机床主轴改造项目

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一、伺服技术　　
4 e7 a# s% N& Y7 B: h伺服系统机电产品中的重要环节，其控制性能反映了机电设备的控制质量。伺服系统的发展经历了由液压到电气，电气伺服又经历了由模拟到模拟•数字混合再到全数字化伺服的演进过程。伺服系统根据所驱动的电机对象，又分为直流（DC）伺服系统和交流（AC）伺服系统。到90年代初期，随着微处理技术、高性能半导体功率器件等制造工艺的发展及性价比的日益提高，交流伺服技术逐渐成为主导产品。　　
1 {) k& X1 G. f# S9 B: j交流伺服系统按其驱动电动机的类型，主要有两大类：交流永磁同步（SM型）电动机伺服系统和交流感应式异步（IM型）电动机伺服系统。感应式异步电动机伺服系统由于感应式异步电动机结构坚固、制造容易、价格低廉，具有良好的发展前景，是未来伺服技术的发展方向之一。　　
- u! @5 K9 ~5 r% ~! h随着市场竞争的日趋激烈，用户对所需产品提出了更高的技术和更合理的性能价格比的要求。交流伺服系统以其出色的性能完成了对产品的加工过程、加工工艺和综合性能的改造，在工业领域中得到了日益广泛的应用。　　　　
+ E% b9 m6 O* ?* \  N8 ?二、技术进步造就效率和节省　　
自2003年，推出了全数字交流异步伺服控制器系列产品，并成功应用到机床、油田机械、电梯、塑料机械行业，为客户赢取了显著经济效益。　　
; S* I5 @+ C; F- T2 n+ y在产品的推广过程中，我们深切体会到，企业效益升级的本源来自于其自身产品技术含量的提升。时光公司产品具有交流化、数字化、集成化和智能化的技术内涵，为用户产品提高了技术含量，并充分提高了客户产品的生产效率、系统传动效率和原材料使用效率，带来了对产品安装、调试、维护的节省，以及最终用户能耗成本支出的节省。　　　　
三、数控机床主轴改造案例　　
' E3 {4 f* t- l0 n& x  F1 B) [（一）改造要点　　
8 y' E+ O& c3 T8 ZCYNC-500P机床（采用西门子802C数控单元）是两坐标（纵向Z、横向X）连续控制卧式数控机床，能自动完成内外圆表面、圆锥面、圆弧面、端面、多种螺纹（公英制螺纹、锥螺纹、端面螺纹）、钻、铰、镗孔等车削加工。　　
改造要点：主轴驱动采用本公司11KW伺服控制器驱动11KW电机，取消变速箱，保留一级皮带传动。原设计是机械变速3档6级 / 变频调速3档无级，改造后的主轴为伺服主轴，实现无级变速（不必每次机床上电时，必须在MDA方式下用S代码输入确定主轴档位，手动方式下的转速才能以数设定的数值转动），实现恒线速切削，可以长时间高、低速运行，主轴可以定位。　
/ F: t  g7 i/ J4 {) z5 C9 t( Z; X（二）系统选型及配置　　
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) b- x2 A' y# W  y; j0 n( [( X
- p" b: ~) k6 u0 ~2 s3. 码盘： LF-102.4-BM-C05D
4. 皮带轮：110mm/245mm 减速比：2.2273
( ^( ~! v( J/ o, H2 x* p5. 皮带：1600*4*2
  v8 O' j. o9 N2 k6. 制动电阻： RXHG-1100W 50Ω　　　　
（三）改造方案　　
  u3 i9 D* z$ z/ S/ ]8 v2 }机床数控单元为西门子802C，主轴驱动为连续直流电压（0～10V和－10V～＋10V可变），精度相当于12位D/A输出。伺服控制按脉冲列和模拟量两种输入方式实施：　　
方案一：脉冲列方式　　
0 |! X6 P+ k+ F& F0 Q原理：将NC侧的模拟量输出信号（－10V～＋10V）通过F/V转换单元（输出频率0～250KHZ）转换为脉冲列信号后经过控制器内部运算，转化为频率进行速度控制。　　
' ]. y4 U, E' B+ U0 e8 A7 p, r2 [接线方式：按照控制器单脉冲列方式接线。　　
试验结果：运行状况比较理想，考虑到此方法需要外接电路，而用模拟量直接连接更加简洁，如果可以达到精度要求，选择模拟量控制为佳。　
  C& N+ Z1 O6 H8 l: A方案二：模拟量方式　　
原理：将+10V和-10V信号分开，接口板经过改造后，模拟量接口为0～－10V和0～＋10V分别对应相应地址，精度由原来的准十位提高到十一位。　　
0 V3 e$ L/ J7 p; i6 Q2 s7 y接线方式：只需引入模拟量信号和相应I/O信号即可。　　
" U3 c, w8 e9 p2 `) }试验结果：实现正向6～2500rpm、反向4～2500rpm平稳调速，可达到定位、恒线速度加工的要求。　　
分析比较：方案一、二经试验证明均为可行方案；方案二连接简单、控制方便；但由于本控制器A/D精度为11位，如果不能达到客户要求、可选用方案一（需要外加转换模块）　　
（四）结论　　
3 \: t0 Z# K: n. t1. 伺服主轴与机械变速主轴、变频变速主轴相比在调速范围、速度精度、定位功能、机械结构的简化方面具有较明显的优势。　　
2. 机械结构简化，节省了金属材料。　　
3. 操作简化，降低了机械故障率及维修成本。　　
4. 控制范围增大，控制精度提高，控制电机效率提高。　　
9 ^/ g9 C) y5 S" g1 ?4 K5. 提高了机床的加工精度和生产效率。　
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: x" S) c  q5 X$ J( j+ }% p+ ~% u/ d文章关键词： 数控机床