楊兆平

（陜西凌云電器集團(tuán)有限公司，陜西寶雞721006）

1 設(shè)備概述

G50-T 是美國吉丁斯& 路易斯公司98 年出廠的臥式數(shù)控加工中心。 該機(jī)床擁有四軸四聯(lián)動機(jī)能的臥式加工設(shè)備，數(shù)控系統(tǒng)部分基本配置為吉丁斯& 路易斯公司NumeriPath 8000 開放式數(shù)控系統(tǒng)，內(nèi)置PLC 模塊； 伺服軸X、Y、Z、W 各軸為AB1391 交流伺服驅(qū)動單元，X、Y、W 軸由感應(yīng)同步器實(shí)現(xiàn)位置的全閉環(huán)控制； 主軸選用的西門子611A 的驅(qū)動單元；可實(shí)現(xiàn)主軸五檔無級變速及分度控制機(jī)能；獨(dú)立的液壓油冷卻循環(huán)系統(tǒng)；各軸集中潤滑系統(tǒng)。

機(jī)床主要技術(shù)參數(shù)：（略）

2 改造方案選擇

通過對原機(jī)床功能分析，按照性價(jià)比最優(yōu)原則，本改造項(xiàng)目，我們采用了德國原裝SIEMENS 全數(shù)字SINUMERIK 840D powerline 數(shù)控系統(tǒng)。 該數(shù)控系統(tǒng)是西門子公司研制的一款高檔數(shù)控系統(tǒng)，該數(shù)控系統(tǒng)適用于所有數(shù)控場合，10 個(gè)加工通道，從2 軸到31 軸控制，具有3D插補(bǔ)、螺旋線插補(bǔ)、鉆削和銑削循環(huán)加工、圖形與坐標(biāo)編程、圖形仿真、螺紋轉(zhuǎn)速進(jìn)給功能以及刀具半徑和長度補(bǔ)償、絲杠螺距和齒輪間隙補(bǔ)償?shù)裙δ堋?其數(shù)控及驅(qū)動接口信號完全數(shù)字量， 人機(jī)界面建立在Flexos 基礎(chǔ)上，更易操作和掌握。該系統(tǒng)提供了一種基于PC 的控制概念，系統(tǒng)具有高度的軟硬件開放性，完全滿足設(shè)備改造要求。

改造系統(tǒng)主要配置及功能：

2.1 數(shù)控控制單元NCU 配置Intel -650MHz 處理器，用以實(shí)現(xiàn)10 方式組/10 通道工作方式加工，控制31 個(gè)進(jìn)給軸/數(shù)字主軸。CNC 零件程序內(nèi)存最大可擴(kuò)至2.5MB。

2.2 人機(jī)通訊模塊配置為PCU 50.3： 具有內(nèi)置接口， 可以通過以太網(wǎng)、MPI 和PROFIBUS DP 進(jìn)行通訊，它留出集成的空槽給其它卡件。設(shè)備后面的USB 口為標(biāo)準(zhǔn)的PC 鍵盤和鼠標(biāo)提供“即插即用”的功能。PCU 50 配備Windows XP ProEmbSys 操作系統(tǒng)，通過Ghost 6 數(shù)據(jù)備份軟件對于備份和恢復(fù)數(shù)據(jù)。

2.3 操作面板為OP012： 面板帶一個(gè)分辨率為800×600 像素（VGA）的12.1" TFT 彩色顯示器，一個(gè)59 鍵的薄膜式鍵盤，2×（8+2） 水平和2×8 個(gè)垂直自定義功能鍵。 集成鼠標(biāo)，提供機(jī)床附加的控制方法。

2.4 機(jī)床控制面板為全新設(shè)計(jì)的SINUMERIK MCP 483C 機(jī)床控制面板，規(guī)格19”，可以與用戶友好地實(shí)現(xiàn)機(jī)床功能操作。它適用于銑床、車床、特種機(jī)床以及專用機(jī)床的操作。所有按鍵都配有可以更換的鍵帽，以適配機(jī)器，該鍵帽可以使用激光器任意標(biāo)記。

2.5 系統(tǒng)配置了SIMATIC S7-300 系列模塊化PLC及軟件，通過IM361 接口模塊與NCU572.5 控制單元連接，實(shí)現(xiàn)機(jī)床的順序控制。

3 數(shù)控系統(tǒng)改造安裝

3.1 拆除原機(jī)床的AB 8400 數(shù)控系統(tǒng)， 包括CNC，PLC。

3.2 拆除原X、Y、Z、W 軸的伺服驅(qū)動器和伺服電機(jī)。

3.3 拆除原機(jī)床的所有低壓電氣元件。

3.4 拆除原機(jī)床的限位開關(guān)、行程開關(guān)、換擋開關(guān)、油路檢測開關(guān)。

3.5 拆除原機(jī)床的所有電線電纜及防護(hù)軟管。

3.6 拆除液壓部分的損壞件、缺損件和失去功能件。

3.7 保持原機(jī)床的全閉環(huán)控制方式不變。 拆除原機(jī)床X、Y、W 軸的感應(yīng)同步器。 換裝德國海德漢HEIDENHAIN 原裝增量式直線光柵， 型號：LS187C；精度：0.005mm。

3.8 為了避免冷卻液噴霧對光柵尺的污染，加裝海德漢HEIDENHAIN原裝DA300 壓縮空氣裝置，包括壓縮空氣軟管，集流排和可用于四根光柵尺的節(jié)流閥接頭。 允許壓力在0.6～1bar 之間，壓縮空氣必須經(jīng)過內(nèi)置節(jié)流閥（在光柵尺中內(nèi)置）的接頭進(jìn)行連接。 從而使防護(hù)等級由IP53 級達(dá)到IP64 級。

3.9 伺服驅(qū)動器： X、Y、Z、W 進(jìn)給軸和SP 主軸全部采用西門子全數(shù)字SIMODRIVE 611D 交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)。 包含：驅(qū)動電源模塊、過電壓限制模塊、驅(qū)動模塊、功率模塊、數(shù)字接口的控制單元。

3.10 更換進(jìn)給軸X/Y/Z/W 電機(jī)為西門子公司最新推出的高性能的交流同步伺服電機(jī)1FT7 系列，進(jìn)給電機(jī)端內(nèi)置的海德漢HEIDENHAIN光電式旋轉(zhuǎn)編碼器反饋電流、速度信號，和海德漢光柵尺位置反饋一起構(gòu)成機(jī)床的X、Y、W 軸全閉環(huán)控制方式。Y 軸電機(jī)配電磁抱閘，確保掉電時(shí)，主軸自鎖不會下墜。 主軸采用西門子1PH7 交流感應(yīng)伺服電機(jī)。 參數(shù)如下：

X 軸：1FT6105-1AC71(50NM/2000RPM)電；Y 軸：1FT6105-1AC71(50NM/2000RPM，帶電磁抱閘)；Z 軸：1FT6105-1AC71(50NM/2000RPM)；W 軸：1FT6105-1AC71(50NM/2000RPM)；主軸：1PH7163-2NF03；30kw～45kw/1500RPM。

3.11 更換主軸電機(jī)為西門子交流永磁感應(yīng)電機(jī)1PH7 系列， 額定功率30kw，最大功率45kw（S6-40%）。

3.12 原機(jī)床主軸采用的是外裝位置編碼器檢測定位，換裝西門子增量式光電編碼器，sin/cos 1Vpp 信號，編碼器線數(shù)5000 線。保證主軸的任意角度準(zhǔn)停的精度。通過主軸電動機(jī)內(nèi)置安裝的位置編碼器或在機(jī)床主軸箱上安裝一個(gè)與主軸1：1 同步旋轉(zhuǎn)的位置編碼器來實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)?？刂疲瑴?zhǔn)停角度可以360°任意設(shè)定。

3.13 重新編制機(jī)床的換擋程序，確保能自動識別加工程序中的S 指令，實(shí)現(xiàn)換擋功能。

3.14 增裝德國西門子原裝MINI 手持單元，帶軸選擇和倍率選擇，方便操作者對刀和移動調(diào)整坐標(biāo)。 防護(hù)等級：IP65。

綜合加工精度檢驗(yàn)試件圖

4 系統(tǒng)調(diào)試

系統(tǒng)調(diào)試是該機(jī)床改造過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，也是一項(xiàng)相對復(fù)雜的系統(tǒng)工程，調(diào)試按如下步驟進(jìn)行：

4.1 CNC 系統(tǒng)功能檢查及調(diào)試，主要包括CNC 系統(tǒng)硬件工作狀態(tài)檢查、主軸驅(qū)動系統(tǒng)通訊功能的調(diào)試檢查、數(shù)字伺服系統(tǒng)初始化等

4.2 PLC 編程調(diào)試， 此部分工作的核心是必須完全了解機(jī)原機(jī)床邏輯控制，通過對PLC 編程保證與原機(jī)床邏輯控制相符

4.3 機(jī)床各坐標(biāo)軸的控制調(diào)試

4.3.1 在開環(huán)狀態(tài)下， 用手動方式分別對4 個(gè)坐標(biāo)軸進(jìn)行移動測試，觀察運(yùn)行平穩(wěn)情況；

4.3.2 在閉環(huán)狀態(tài)下，用手動方式分別移動各坐標(biāo)軸，修改有關(guān)參數(shù)，使面板顯示數(shù)值與方向與實(shí)際相符；

4.3.3 在手動方式下，對機(jī)床軟極限參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

4.4 設(shè)置機(jī)床參數(shù)及功能代碼， 包括對各坐標(biāo)軸滾珠絲桿的誤差進(jìn)行補(bǔ)償、設(shè)置各坐標(biāo)軸參考點(diǎn)及機(jī)床零點(diǎn)等；

5 小結(jié)

G50T 數(shù)控臥式鏜銑床通過數(shù)控改造，恢復(fù)了設(shè)備功能，按照綜合加工精度檢驗(yàn)試件的要求（如圖所示），該設(shè)備按程序安排進(jìn)行了∮50中心孔的鏜削、350x350 正方形四周銑削、230x230 斜正方形四周銑削、∮220 外圓銑削、3°斜面銑削以及4 組臺階坐標(biāo)孔的鏜削，試件加工完成后通過三坐標(biāo)測量機(jī)檢測，各尺寸和形位公差全部達(dá)到了公差允許范圍，經(jīng)過近半年時(shí)間的滿負(fù)荷運(yùn)行，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，收到了機(jī)床改造的預(yù)期目標(biāo)。