孟晉濤

作者通聯(lián)：東方電氣集團東方電機有限公司設(shè)備中心 四川德陽市 618000

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1.概述

目前，國內(nèi)一些企業(yè)從國外引進的中高檔機床中，有的服役期滿，有的不能正常工作，處于閑置狀態(tài)，造成資源浪費。這些機床共同點是機械部分基本完好，精度較高，主要是電氣系統(tǒng)出現(xiàn)問題且難以購置配件，不能滿足正常生產(chǎn)需要和高精度、高速度和高可靠性的加工要求。如果使用先進控制技術(shù)對現(xiàn)有設(shè)備進行改造，比購置1臺新的同性能數(shù)控機床可節(jié)省大量資金。東方電氣集團東方電機有限公司對1臺德國SCHIESS FRORIEP產(chǎn)160KZ 8000/15000型雙柱立車大修及數(shù)控化改造過程中，利用現(xiàn)場總線主站與智能設(shè)備站之間的瞬時通信技術(shù)，提高機床整體控制功能。

雙柱立車主傳動控制系統(tǒng)使用全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)配置國產(chǎn)直流電機的方式，左刀架、輔助刀架進給為交流伺服控制系統(tǒng)控制交流伺服電機。右刀架仿形功能數(shù)控改造，使用西門子802DSL數(shù)控系統(tǒng)、S120驅(qū)動系統(tǒng)及同步伺服電機實現(xiàn)。機床整體控制采用CC-Link開放式現(xiàn)場總線技術(shù)。CC-Link整個網(wǎng)絡(luò)由 1個主站（含3個智能模塊及3個I/O數(shù)字模塊）和 13個遠程子站組成（左刀架6個站，橫梁1個站，右刀架、地坑液壓站及地面操作臺各2個站），采用總線方式通過屏蔽雙絞線進行連接。網(wǎng)絡(luò)中的主站為三菱Q系列PLC，子站是遠程 I/O模塊、特殊功能模塊、帶有 CPU的交流伺服系統(tǒng)以及儀表設(shè)備。

2.改造特點

該機床原通過發(fā)送機—接收機方式將卡盤轉(zhuǎn)速與左刀架驅(qū)動電機建立關(guān)聯(lián)，利用轉(zhuǎn)子串級調(diào)速原理實現(xiàn)進給量/轉(zhuǎn)的加工功能，該技術(shù)已落后且備件不易采購。此次改造在CC-Link總線下，運用先進通信技術(shù)將工作卡盤的轉(zhuǎn)速（編碼器采集）通過數(shù)據(jù)實時采集（高速計數(shù)模塊）、運算處理（主站CPU完成函數(shù)計算）、寫入刷新到遠程設(shè)備站（MR-J3-11KT4伺服控制器）（圖1），控制左刀架伺服電機按進給量/轉(zhuǎn)的方式進行車削加工，使工件達到圖紙要求的表面粗糙度。

圖1 伺服電機控制框圖

一般情況下，CC-Link主要采用廣播—輪詢（循環(huán)傳輸）的通信方式。主站將刷新數(shù)據(jù)（RY/RWw）發(fā)送到所有從站，與此同時輪詢從站 1，從站 1對主站的輪詢作出響應(yīng)（RX/RWr），同時將該響應(yīng)告知其他從站，依此類推，循環(huán)往復。CC-Link支持主站與本地站、智能設(shè)備站之間的瞬時通信。雙柱立車控制系統(tǒng)中MR-J3-11KT4伺服控制器占用6#、7#兩個站，子程序如下。

20 OUT Y10A2 交流伺服運行21 AND Y100C 卡盤運行指示22 MOV D126 CPU中間計算值D210 進給量/轉(zhuǎn)24 LD SM410 0.1s時鐘刷新25 AND X10F0 左刀架進刀選擇26 AND＜＞ D210 進給量/轉(zhuǎn)D200 進刀速度28 OR SM402 ON一個周期29 PLS M302 進給速度寫130 LD M30231 SET M303 進給速度寫232 LD M30333 ANI Y10A9 指令執(zhí)行34 ANI X10A9 指令執(zhí)行完標志35 MOV HB200 寫參數(shù)組PC D2022 到寄存器RWw637 MOV H2 寫參數(shù)組PC2 D2023 到寄存器RWw739 SET Y10A9 指令執(zhí)行完標志40 RST M303 進給速度寫241 RST M304 進給速度寫342 LD M30443 MPS 44 AND Y10A9 指令執(zhí)行45 AND X10A9 指令執(zhí)行完標志46 RST Y10A947 MPP 48 ANI Y10A9 指令執(zhí)行49 ANI X10A9 指令執(zhí)行完標志50 MOV H820C 寫參數(shù)組PC12 D2022 到寄存器RWw652 MOV D210 進給量/轉(zhuǎn)D200 進刀初始速度54 MOV D200 D2023 到寄存器RWw756 MOV D200 D2026 到寄存器RWw858 SET Y10A959 RST M304 進給速度寫360 SET M305 進給速度寫461 LD M30562 AND Y10A9 指令執(zhí)行63 AND X10A9 指令執(zhí)行完標志64 MOV D2022 到寄存器RWw6 D2 到寄存器D266 RST Y10A9 復位寫指令67 RST M30568 RET 子程序返回69 END 程序結(jié)束

機床改造過程中，利用激光干涉儀系統(tǒng)測量機床定位精度，診斷誤差來源，自動分析機床精度狀態(tài)。檢查出反向間隙、垂直度、直線度、周期誤差、伺服不匹配、傳動鏈磨損等。根據(jù)檢測結(jié)果進行分析，調(diào)整機床參數(shù)，尤其是伺服驅(qū)動參數(shù)，進行系統(tǒng)優(yōu)化，使機床參數(shù)更合理，系統(tǒng)更穩(wěn)定。

3.改造效果

雙柱立車改造后通過了無負荷和負荷運行試驗，機床幾何精度、定位精度及加工零件的線（面）輪廓度符合GB/T 17421.2—2000標準要求。設(shè)備改造后使用近半年，完成了1×106MW核電定子內(nèi)機座、端罩，6×105MW水輪發(fā)電機的轉(zhuǎn)輪、頂蓋、底環(huán)等復雜零件的加工任務(wù)。

1 畢 芍.數(shù)控機床改造的幾點建議.機床應(yīng)用，2003（6）

2 鄭曉峰.加工中心數(shù)控化改造工程研究.機械出版社，2005

3 芮延年.機電一體化系統(tǒng)設(shè)計.北京機械工業(yè)出版社，2004

4 周 東.1500mm寬帶粗軋機壓下系統(tǒng)電氣改造.設(shè)備管理與維修，2012（5）