一、設(shè)備改造概述
　　5A3P機(jī)床是上世紀(jì)九十年代某飛機(jī)制造廠從美國(guó)辛辛那提公司引進(jìn)的一臺(tái)高速五軸龍門銑床。原機(jī)床有6個(gè)伺服軸，一個(gè)主軸（電主軸），其中龍門移動(dòng)為雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
　　由于該機(jī)床使用年限長(zhǎng)、電器元件和數(shù)控系統(tǒng)嚴(yán)重老化，致使機(jī)床可靠性降低，故障頻繁，無(wú)法正常使用。為了更好、充分地利用機(jī)床，發(fā)揮機(jī)床的效能，根據(jù)廠家的需求，在對(duì)機(jī)床進(jìn)行升級(jí)改造的同時(shí)，增加超聲波主軸切割功能，用以完成紙基蜂窩芯材質(zhì)的各種曲面加工，并在數(shù)控系統(tǒng)上開(kāi)發(fā)與超聲波主軸加工相應(yīng)的系統(tǒng)軟件，完成尖和圓刀兩種不同類型刀具的自動(dòng)測(cè)量、切換及實(shí)時(shí)控制。
　　二、功能拓展
　　改造后的機(jī)床在滿足原有功能的基礎(chǔ)上，增加以下功能：
　　1、機(jī)床同時(shí)具備電主軸和超聲波主軸兩種加工模式；
　　2、超聲波主軸即滿足圓刀的速度旋轉(zhuǎn)控制，又具備尖的角度位控功能，并具備6軸6聯(lián)動(dòng)功能。
　　3、具備圓刀、尖的長(zhǎng)度和角度自動(dòng)對(duì)刀功能；
　　4、數(shù)控系統(tǒng)滿足對(duì)超聲波主軸加工的實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)控，并能方便地進(jìn)行超聲波加工工藝的參數(shù)標(biāo)定。
　　三、改造方案實(shí)施
　　1、采用國(guó)產(chǎn)華中HNC-848C/M數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行電氣控制系統(tǒng)升級(jí)改造，實(shí)現(xiàn)超聲波主軸加工所需的6軸6聯(lián)動(dòng)功能。在數(shù)控系統(tǒng)中，安裝電主軸和超聲波主軸兩套不同加工模式的系統(tǒng)軟件，通過(guò)開(kāi)機(jī)來(lái)選擇所需要的加工模式。選擇電主軸加工時(shí)，滿足原機(jī)床所有加工功能；選擇超聲波主軸加工時(shí)，滿足超聲波主軸對(duì)紙基蜂窩芯材料加工的要求，并具備尖和圓刀兩類刀具的切換和控制功能，即尖的位置控制和圓刀的旋轉(zhuǎn)速度控制。
　　2、通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)的R232通訊口與超聲波發(fā)生器實(shí)現(xiàn)485協(xié)議方式通訊，將超聲波加工工藝指標(biāo)納入數(shù)控系統(tǒng)控制。通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)對(duì)超聲波的啟停、故障處理、頻率、振幅、電壓、電流、功率、溫度等進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，以達(dá)到加工效果。并通過(guò)系統(tǒng)的軟件二次開(kāi)發(fā)，在數(shù)控系統(tǒng)上增設(shè)超聲波加工界面，用于超聲波發(fā)生器狀態(tài)監(jiān)控與參數(shù)標(biāo)定。
　　3、將超聲波主軸系統(tǒng)的角度控制納入位控伺服軸，具備加工各種復(fù)雜曲面的功能。
　　4、采用激光傳感器用作超聲波的和圓刀的基準(zhǔn)對(duì)刀。其中角度對(duì)刀，采用傳感器輸出的模擬信號(hào)實(shí)現(xiàn)刀具角度識(shí)別。傳感器輸出的模擬信號(hào)通過(guò)模擬量輸入子模塊傳送給數(shù)控系統(tǒng)，在需要角度對(duì)刀時(shí)，系統(tǒng)首先獲取刀具在刀刃位置時(shí)的最小模擬量值，即刀具在傳感器中擋光最少的位置，再通過(guò)最小模擬量值確定刀具刀刃的位置坐標(biāo)。整個(gè)對(duì)刀過(guò)程全部由對(duì)刀宏程序來(lái)完成，在加工程序中，只需要輸入相應(yīng)的刀具號(hào)，系統(tǒng)將自動(dòng)完成刀具長(zhǎng)度和角度的基準(zhǔn)對(duì)刀，并在系統(tǒng)中自動(dòng)地進(jìn)行設(shè)定和補(bǔ)償。
　　四、結(jié)束語(yǔ)
　　基于超聲波主軸的數(shù)控機(jī)床改造，是一次新的探索，也是超聲波主軸在國(guó)內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)中應(yīng)用的一次突破。我們將隨時(shí)跟蹤和掌握設(shè)備運(yùn)行中的各種狀況和信息，不斷完善設(shè)備的加工性能，優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)，為我國(guó)機(jī)床再制造業(yè)的發(fā)展做出新的貢獻(xiàn)。
　　作者簡(jiǎn)介：
　　段玉成（1963.11--），男，湖北仙桃人，本科，研究員級(jí)高級(jí)工程師，研究方向數(shù)控加工設(shè)備。

來(lái)源：《中國(guó)科技博覽》2018年14期