G-CNC6135A數(shù)控車(chē)床的升級(jí)與改造

羅小英

（新會(huì)岡州職業(yè)技術(shù)學(xué)校，廣東江門(mén) 529100）

1 G-CNC6135A 數(shù)控車(chē)床的功能特點(diǎn)及改造必要性

G-CNC6135A 數(shù)控車(chē)床采用GSK980TA 數(shù)控系統(tǒng)，屬于半閉環(huán)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床。能對(duì)簡(jiǎn)單類(lèi)型的軸類(lèi)零件進(jìn)行加工，機(jī)床的主軸系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)都能進(jìn)行自動(dòng)控制，適宜加工中、小批量和大批量精度較高的軸類(lèi)零件的加工。

新會(huì)岡州職業(yè)技術(shù)學(xué)校于2005年8月從廣州機(jī)床廠購(gòu)置該經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床，主要用于學(xué)生實(shí)訓(xùn)。由于長(zhǎng)期教學(xué)使用（使用共13年時(shí)間），學(xué)生操作難免會(huì)發(fā)生碰撞機(jī)床事故。為了讓學(xué)生能更好的學(xué)習(xí)，考慮到教學(xué)的需要，經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)分析和論證，本著適應(yīng)的原則，決定對(duì)該機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和伺服驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行升級(jí)與改造。

2 G-CNC6135A 數(shù)控車(chē)床改造方案

2.1 數(shù)控系統(tǒng)的改造

G-CNC6135A 數(shù)控車(chē)床選用的是GSK980TA 數(shù)控系統(tǒng)（圖1），即廣州數(shù)控早期的普及型數(shù)控系統(tǒng)，采用16 位CPU（Central Processing Unit，中央處理器），應(yīng)用CPLD（Complex Programmable Logic Device，復(fù)雜可編程邏輯器件）完成硬件插補(bǔ)后，可以實(shí)現(xiàn)：高速μm 級(jí)控制；液晶中文顯示界面；加減速可調(diào)，能匹配步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器或伺服驅(qū)動(dòng)器；可變電子齒輪比（電子齒輪指令倍乘系數(shù)CMR：1～127；電子齒輪指令分頻系數(shù)CMD：1～127），應(yīng)用方便。為了適應(yīng)加工自動(dòng)的需要（GSK980TA 不方便進(jìn)行自動(dòng)程序的傳輸），同時(shí)教學(xué)時(shí)需要講解橢圓、雙曲線等復(fù)雜外形輪廓加工，選擇更換成新一代的廣數(shù)系統(tǒng)——CNC GSK980TDc（圖2）。

圖1 GSK980TA 數(shù)控系統(tǒng)

圖2 GSK980TDc 數(shù)控系統(tǒng)

CNC GSK980TDc 采用了8.4 寸（213.36 mm）彩色LCD（Liquid Crystal Display，液晶顯示器），支持梯形圖在線監(jiān)控，新增在線機(jī)床調(diào)試向?qū)?、示教、輔助編程、多邊形車(chē)削等功能，實(shí)現(xiàn)μm 級(jí)精度運(yùn)動(dòng)控制和支持I/O（Input/Output，輸入/輸出）單元擴(kuò)展，能滿足普及型數(shù)控和專(zhuān)用數(shù)控的應(yīng)用需求。具有以下特色。

（1）共有5 個(gè)進(jìn)給軸，2 個(gè)模擬主軸，0.001 mm 插補(bǔ)精度，最高速度60 m/min，代碼電子齒輪比（1～32 767）/（1～32 767）（響應(yīng)速度更快，速度和精度得到了很大的提高）。

（2）具有螺距誤差補(bǔ)償、反向間隙補(bǔ)償、刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償、刀具磨損補(bǔ)償、刀尖半徑補(bǔ)償功能，適配伺服主軸可實(shí)現(xiàn)主軸定向、剛性攻絲、圓柱插補(bǔ)、極坐標(biāo)插補(bǔ)（功能更強(qiáng)）。

（3）具備手脈試切、示教、手脈中斷功能，具備在線機(jī)床調(diào)試向?qū)?、輔助編程、界面自定義、圖形尺寸直接輸入、多邊形車(chē)削等功能（可視和交互性能強(qiáng)能更好地用于教學(xué)）。

（4）零件程序全屏幕編輯，MDI（Multiple Document Interface，多文檔界面）多程序段運(yùn)行，存儲(chǔ)空間40 M，可存1000 個(gè)零件程序，支持U 盤(pán)程序加工（學(xué)生電腦上進(jìn)行自動(dòng)編程，復(fù)制程序到U 盤(pán)進(jìn)行自動(dòng)加工）。

（5）共有6 級(jí)操作權(quán)限管理，32 次限時(shí)停機(jī)設(shè)置（設(shè)置不同的權(quán)限級(jí)別，防止學(xué)生惡意更改參數(shù)）。

2.2 冷卻系統(tǒng)的改造

數(shù)控車(chē)床原來(lái)采用冷卻泵放置于機(jī)床的右邊床腳位置，整個(gè)冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。冷卻液泵放置于數(shù)控車(chē)床的右床腳內(nèi)，冷卻液通過(guò)冷卻液泵抽出來(lái)，經(jīng)過(guò)水管進(jìn)行加工時(shí)的冷卻，然后鐵屑和冷卻液統(tǒng)一回到數(shù)控車(chē)床底下的鐵屑盤(pán)里面，冷卻液經(jīng)過(guò)鐵屑盤(pán)的過(guò)濾孔又回流到數(shù)控車(chē)床的右床腳內(nèi)并進(jìn)行儲(chǔ)存，從而循環(huán)進(jìn)行冷卻；右床腳的窗口以鏤空蓋板和螺釘固定。冷卻系統(tǒng)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用主要存在以下3 個(gè)問(wèn)題：①因水泵放置于機(jī)床內(nèi)部，操作人員無(wú)法觀測(cè)冷卻液泵的工作情況以及床腳里面的冷卻液深度液無(wú)法確認(rèn)；②因水泵放置于機(jī)床內(nèi)部，電氣原件長(zhǎng)期至于潮濕的環(huán)境中，容易引起電氣故障，同時(shí)維修時(shí)由于床腳位置的窗口過(guò)小，不方便進(jìn)行維護(hù)；③因冷卻液沒(méi)有經(jīng)過(guò)二次過(guò)濾，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用，會(huì)產(chǎn)生較多沉淀物堆積在床腳里面，冷卻泵開(kāi)始工作很容易造成堵塞。

針對(duì)以上的3 種問(wèn)題，對(duì)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行改造：設(shè)計(jì)一個(gè)外機(jī)裝置，將冷卻泵移到機(jī)床外面，設(shè)計(jì)隔板和過(guò)濾裝置，有效地實(shí)現(xiàn)水和渣的分離；外機(jī)裝置底部安裝有滾輪，整個(gè)裝置可以進(jìn)行自由移動(dòng)；過(guò)濾隔板頂部也有空間便于右側(cè)冷卻液滿了可以即時(shí)進(jìn)入左側(cè)，水泵用螺釘與外機(jī)裝置的頂板連接起來(lái)；鐵屑盤(pán)里原有的排泄水孔焊接好，按照回流的接水口位置重新開(kāi)孔，冷卻液通過(guò)回流管流入到外機(jī)裝置的右側(cè)和左側(cè)箱體內(nèi)，從而完成整個(gè)冷卻系統(tǒng)的完整改造。改造后外機(jī)裝置可以移動(dòng)和更換，為今后的工作提供了方便。

2.3 伺服驅(qū)動(dòng)器的改造

G-CNC6135A 數(shù)控車(chē)床原來(lái)采用蒙德主軸伺服驅(qū)動(dòng)器（圖3），型號(hào)是IMS-LMF-43P7E 伺服驅(qū)動(dòng)器，具有操作簡(jiǎn)單，有標(biāo)準(zhǔn)化的輸入和輸出端口，可實(shí)現(xiàn)開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制切換，能控制異步伺服電機(jī)和永磁同步電機(jī)，可配備多種類(lèi)型編碼器，兼容多種通訊格式，功能強(qiáng)大，應(yīng)用廣泛，豐富的綜合功能，優(yōu)良的伺服特性，能用于不同的CNC（Computer Numerical Control，計(jì)算機(jī)數(shù)字控制）數(shù)控系統(tǒng)，能根據(jù)負(fù)載的變化，通過(guò)輸出轉(zhuǎn)矩的變化很快做出響應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)軸速度的穩(wěn)定。由于該伺服驅(qū)動(dòng)器經(jīng)過(guò)十幾年的使用，個(gè)別電器元件出現(xiàn)了老化，造成機(jī)床偶爾轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定。為了滿足實(shí)訓(xùn)要求和考慮經(jīng)濟(jì)性，選擇更換新的主軸伺服驅(qū)動(dòng)器—百德福牌B503伺服驅(qū)動(dòng)器（圖4），該驅(qū)動(dòng)器采用矢量控制硬件平臺(tái)和高精度的計(jì)算方法，采用DSP 控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)無(wú)速度傳感器矢量控制，有效地抑制低頻振蕩；選擇模塊化的擴(kuò)展功能，豐富的端子使應(yīng)用更加靈活。

G-CNC6135A 數(shù)控車(chē)床采用DA980 系列全數(shù)字式交流伺服驅(qū)動(dòng)器。該驅(qū)動(dòng)器采用國(guó)際最新數(shù)字信號(hào)處理DSP 大規(guī)?？删幊剃嚵泻蚆ISUBISHI 智能化功率模塊，集成度高、體積小、保護(hù)完善、可靠性好、具有防止失步現(xiàn)象、寬速比大、能夠恒轉(zhuǎn)矩、高速度（最高轉(zhuǎn)速達(dá)3000 r/min）、高精度（回轉(zhuǎn)定位精度1/10 000 r）、控制簡(jiǎn)單、靈活等優(yōu)點(diǎn)。由于使用時(shí)間較長(zhǎng)，保養(yǎng)不到位，造成機(jī)床運(yùn)動(dòng)有丟步現(xiàn)象，為了解決此問(wèn)題，更換同種型號(hào)的廣數(shù)交流伺服驅(qū)動(dòng)器。

圖3 蒙德主軸伺服驅(qū)動(dòng)器

圖4 百德福主軸伺服驅(qū)動(dòng)器

3 G-CNC6135A 數(shù)控車(chē)床的改造效果

通過(guò)以上改造，該設(shè)備能夠達(dá)到正常使用，機(jī)床的精度和反應(yīng)速度有了較大的提升；能夠采用G6.2 和G6.3 等進(jìn)行特殊圖形的編程；能夠采用U 盤(pán)進(jìn)行自動(dòng)編程加工，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率；機(jī)床的冷卻系統(tǒng)也能順利的進(jìn)行冷卻，無(wú)堵塞現(xiàn)象；機(jī)床整體運(yùn)行性能符合要求且安全可靠。