我們改造的ТФ1271加工中心是安徽一汽汽車(chē)底盤(pán)廠1994年從俄羅斯進(jìn)口的二手機(jī)床，購(gòu)進(jìn)價(jià)為25萬(wàn)元人民幣。由于數(shù)控系統(tǒng)可靠性差，使用不到一年其數(shù)控系統(tǒng)不能正常工作，造成整個(gè)加工中心癱瘓，給他們廠的生產(chǎn)造成了很大影響。而且俄羅斯ТФ1271加工中心目前在國(guó)內(nèi)使用的不多，沒(méi)有較完善的售后服務(wù)體系。于是該廠委托我們對(duì)該設(shè)備進(jìn)行了翻新改造。 
1 ТФ1271加工中心的特點(diǎn) 
ТФ1271加工中心為俄羅斯六七十年代產(chǎn)品。該加工中心電氣部分性能較差，數(shù)控系統(tǒng)非常落后，且系統(tǒng)內(nèi)部元器件多為分離元件，系統(tǒng)體積龐大，穩(wěn)定性差，故障率高，與目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的數(shù)控系統(tǒng)相比功能較少，如通訊、單段、跳段、加工圖形顯示等功能都沒(méi)有，給使用者帶來(lái)一些不便；強(qiáng)電部分如液壓、冷卻、潤(rùn)滑、主軸的電機(jī)控制元件及線(xiàn)路已經(jīng)老化；加工中心的一些位置檢測(cè)開(kāi)關(guān)都屬于非標(biāo)準(zhǔn)元件，在國(guó)內(nèi)找不到同類(lèi)開(kāi)關(guān)作備件。 
該加工中心機(jī)械部分性能良好，各個(gè)部件磨損較少，還能較好地滿(mǎn)足機(jī)床的設(shè)計(jì)要求。它的機(jī)械設(shè)計(jì)有三個(gè)特點(diǎn)，刀庫(kù)容量為12把刀，每把刀的選擇定位由電氣控制粗定位，zui后由機(jī)械擋塊精定位；主軸電機(jī)是三相異步電機(jī)，只能工作在額定轉(zhuǎn)速下，然后選擇不同齒數(shù)的齒輪嚙合傳動(dòng)形成18種轉(zhuǎn)速；主軸定向?yàn)闄C(jī)械式定向，通過(guò)對(duì)液壓閥的控制，靠液壓驅(qū)動(dòng)，把主軸直接轉(zhuǎn)到換刀位置。 
2 改造方案 
更換數(shù)控系統(tǒng)，采用北京機(jī)床研究所研制生產(chǎn)的CME1000系統(tǒng)。該系統(tǒng)為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)，具有良好的性能價(jià)格比，廣泛用于車(chē)床、銑床、加工中心。與原系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)體積小，具有良好的人機(jī)界面，定位精度高，功能強(qiáng)，增加了通訊功能，可以和計(jì)算機(jī)直接通訊，為離線(xiàn)編程提供了方便；加工圖形的顯示功能，可以讓編程者在機(jī)床不動(dòng)作的情況下看到模擬的加工曲線(xiàn)，使調(diào)試程序極為安全、方便；單段功能，在工件試切時(shí)，用單段功能比較安全；跳段功能，為同一程序的靈活應(yīng)用提供了條件；機(jī)床鎖住功能，該功能與圖形顯示功能相配合使調(diào)試加工非常方便；手搖功能，在加工對(duì)刀時(shí)，它可以連續(xù)調(diào)整刀尖位置，比原機(jī)床采用的點(diǎn)動(dòng)功能方便了很多。 
強(qiáng)電部分，電機(jī)本身性能良好，但控制系統(tǒng)的元器件及線(xiàn)纜老化，所以對(duì)原加工中心的電機(jī)予以保留，包括主軸電機(jī)、冷卻電機(jī)、潤(rùn)滑電機(jī)和液壓電機(jī)，而對(duì)其它部分全部予以替換。 
位置檢測(cè)開(kāi)關(guān)部分，原加工中心的行程開(kāi)關(guān)和接近開(kāi)關(guān)使用的都是非標(biāo)準(zhǔn)件，對(duì)這些非標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)開(kāi)關(guān)將全部用國(guó)產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)件替換掉。 
機(jī)械部分性能完好全部予以保留。 
全部改造費(fèi)用為10.5萬(wàn)元人民幣，購(gòu)買(mǎi)原加工中心的費(fèi)用為25萬(wàn)元人民幣，購(gòu)買(mǎi)一臺(tái)與改造后同等檔次的加工中心要80～100萬(wàn)元人民幣。 

主軸電機(jī)控制原理圖

3 改造過(guò)程中的幾個(gè)特殊問(wèn)題 
主軸的18種轉(zhuǎn)速選擇 
主軸的18檔變速是通過(guò)三組滑移齒輪實(shí)現(xiàn)的。三組滑移齒輪分別由三個(gè)液壓驅(qū)動(dòng)撥叉控制。齒輪換檔過(guò)程中，主軸電機(jī)進(jìn)行步進(jìn)，以保證齒輪能快速準(zhǔn)確地嚙合。主軸電機(jī)無(wú)步進(jìn)功能時(shí)，就容易出現(xiàn)變速過(guò)程的頂齒現(xiàn)象，導(dǎo)致掛檔失敗。 
聯(lián)軸節(jié)間隙對(duì)機(jī)床精度的影響 
工作臺(tái)的絲杠與伺服電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸節(jié)相連，絲杠與電機(jī)軸上各裝聯(lián)軸節(jié)的一部分，兩部分相配合實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)。聯(lián)軸節(jié)是原機(jī)床本身的，聯(lián)軸節(jié)兩部分的配合間隙δ為200µm，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈工作臺(tái)移動(dòng)距離L為10mm，聯(lián)軸節(jié)直徑D為60mm，配合間隙引起的誤差為 
=·L/πD=10.6(µm) 
配合間隙引起的誤差為10.6µm，原加工中心的設(shè)計(jì)加工精度為30µm，因此聯(lián)軸節(jié)配合間隙引起的誤差在正常的范圍內(nèi)，原加工中心的聯(lián)軸節(jié)可以繼續(xù)使用。 
主軸電機(jī)步進(jìn)功能的實(shí)現(xiàn) 
如前所述，主軸箱齒輪進(jìn)行換檔時(shí)，需要主軸做步進(jìn)配合，否則極易出現(xiàn)換檔失敗。一般三相異步主軸電機(jī)沒(méi)有步進(jìn)功能，給電機(jī)通以三相交流電，電機(jī)進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)。通過(guò)PLC的控制，電機(jī)的三相繞阻通以較低的直流脈動(dòng)電壓，實(shí)現(xiàn)了主軸電機(jī)步進(jìn)功能。原理如上圖。 
4 結(jié)束語(yǔ) 
我們?cè)趯?duì)俄羅斯ТФ1271加工中心的改造過(guò)程中，從數(shù)控系統(tǒng)到位置檢測(cè)開(kāi)關(guān)以及操作面板等改造所用設(shè)備和元器件全部采用國(guó)產(chǎn)品。一方面由于近幾年來(lái)國(guó)產(chǎn)數(shù)控產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，部分?jǐn)?shù)控廠家的某些數(shù)控產(chǎn)品在質(zhì)量上可以與國(guó)外的同類(lèi)產(chǎn)品相當(dāng)；另一方面采用國(guó)產(chǎn)品可以節(jié)約成本，便于維護(hù)。該加工中心改造后，到目前已連續(xù)正常工作一年，在加工精度及功能方面滿(mǎn)足原加工中心的設(shè)計(jì)要求，而且改造后的加工中心，與改造前相比，定位精度高，還增加了通訊功能、數(shù)控程序的單段執(zhí)行功能和跳段執(zhí)行功能以及手搖功能等多種功能。對(duì)舊機(jī)床或加工中心的數(shù)控改造，可以使它們由陳舊淘汰設(shè)備而變成*的數(shù)控加工設(shè)備，改造費(fèi)用僅相當(dāng)于購(gòu)買(mǎi)一臺(tái)同類(lèi)新設(shè)備所需費(fèi)用的10％，對(duì)舊機(jī)床或加工中心的數(shù)控更新改造可以帶來(lái)良好的社全效益和經(jīng)濟(jì)效益。