陳 芳

（深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，廣東 深圳 518055）

數(shù)控化改造大致應(yīng)用于以下幾個(gè)領(lǐng)域：①非數(shù)控機(jī)床改造成為數(shù)控機(jī)床；②原有的數(shù)控機(jī)床升級換代；③機(jī)床再制造后系統(tǒng)的更新[1]．其中，第一項(xiàng)隨著機(jī)床制造商積極推出普及型數(shù)控機(jī)床，這類普通機(jī)床改數(shù)控機(jī)床的量在減少．第三項(xiàng)工作技術(shù)門檻高，市場應(yīng)用面窄，目前的需求量和供應(yīng)量不大．而對于第二項(xiàng)，我國在20世紀(jì)80年代中、后期購買的一批高檔數(shù)控機(jī)床[1]，由于數(shù)控系統(tǒng)老化、備件支持匱乏、電氣維修成本高，可以采用系統(tǒng)升級加以改造．

1 機(jī)床改造方案

某單位有一臺MJ-460數(shù)控車床，系統(tǒng)配置為FANUC 0TD系統(tǒng)，主軸驅(qū)動(dòng)為三菱變頻器．由于該設(shè)備購置早、使用時(shí)間長，電器及控制系統(tǒng)老化，故障頻繁不斷[2]．另一方面，數(shù)控系統(tǒng)及驅(qū)動(dòng)裝置的版本相當(dāng)?shù)?，生產(chǎn)廠家?guī)缀跻呀?jīng)停產(chǎn)，購置備件十分困難且價(jià)格昂貴[3]．我們根據(jù)該機(jī)床的實(shí)際情況進(jìn)行了仔細(xì)討論和分析，決定對該機(jī)床進(jìn)行系統(tǒng)升級換代改造[4]．

改造機(jī)床系統(tǒng)的總體思路如下：1）更換系統(tǒng)．考慮到盡量與原系統(tǒng)配套，減少伺服電機(jī)安裝所需的機(jī)械部件的改變，選擇FANUC 0iMate-TD系統(tǒng)．FANUC 0iMate-TD系統(tǒng)最大可控制3個(gè)軸，最大程序容量為 512 KB，PMC規(guī)格為 PMC/L，PMC最大容量為8000步，最大I/O點(diǎn)數(shù)256/256①，完全能滿足機(jī)床原有功能的要求．該系統(tǒng)是FANUC公司最新開發(fā)的普及型數(shù)控車床產(chǎn)品系列，具有系統(tǒng)尺寸小，易于安裝，經(jīng)濟(jì)適用的特點(diǎn)．Z軸選用FANUC βiS 22/2000 伺服電機(jī)，βiSVM1-40i（FSSB接口）伺服放大器；由于是傾斜導(dǎo)軌臥式車床結(jié)構(gòu)，因此 X軸選用 FANUC βiS 12/2000帶抱閘伺服電機(jī)，βiSVM1-20i（FSSB接口）伺服放大器．2）機(jī)床原有主軸電機(jī)、變頻器、液壓電機(jī)、冷卻電機(jī)、主軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)所用的油霧電機(jī)、電箱空調(diào)電機(jī)、潤滑電機(jī)、電箱風(fēng)扇、刀架電機(jī)等均完好，因此機(jī)床主電路和控制電路基本沿用原有電氣原理圖的設(shè)計(jì)，只需要更換老化元器件．3）由于系統(tǒng)更換，現(xiàn)選用FANUC 0i用I/O單元．原有I/O接口和I/O地址分配有所改變，為了保證I/O信號的可靠性，采用扁平線纜將原有按鈕、接觸器等輸入信號和接觸器和繼電器線圈、指示燈等輸出信號接入新I/O單元的新地址中，并更改新I/O輸出信號接口．4）由于系統(tǒng)更換，I/O地址改變，需修訂新的 PMC程序．5）對新系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)調(diào)試．

1.1 數(shù)控系統(tǒng)連接

FANUC 0iMate-TD系列的控制器類型為顯示器一體型．由于不配FANUC的主軸電機(jī)，因此βi系列的伺服放大器選用單軸型的．為了節(jié)省成本，沿用原有機(jī)床操作面板，由于不是FANUC標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床操作面板，所以需要采用FANUC 0i用I/O模塊．新系統(tǒng)的連接圖如圖1所示．

圖1 新系統(tǒng)連接圖

1.2 I/O連接設(shè)計(jì)

1.2.1 I/O 地址分配

根據(jù)系統(tǒng)連接圖，所有機(jī)床I/O信號都接入I/O單元的CB104，CB105，CB106和CB107 4組I/O接口．每組I/O接口有24/16個(gè)輸入輸出點(diǎn)，共96/64個(gè)輸入輸出點(diǎn)．給I/O單元進(jìn)行地址分配見表1．其中，X0～X11用于4組I/O輸入點(diǎn)；X12～X14分別對應(yīng)3個(gè)手輪的輸入信號；X15用于輸出信號的報(bào)警．

表1 I/O module地址分配

1.2.2 I/O接口改造

新舊數(shù)控系統(tǒng)的 X輸入信號接口標(biāo)準(zhǔn)沒有改變，因此只需修改其輸入地址即可．但是新舊數(shù)控系統(tǒng)的輸出信號接口標(biāo)準(zhǔn)不同．FANUC 0iMate-TD系統(tǒng)輸出信號采用源型輸出即+24V輸出，而老式FANUC 0TD系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)輸出信號采用三極管作為驅(qū)動(dòng)器①北京FANUC機(jī)電有限公司. FANUC 0iD連接說明書[M]．，如圖2所示．

因此，在I/O接口改造中，要改變新系統(tǒng)的所有輸出Y信號．以主軸正反轉(zhuǎn)輸出繼電器信號為例（如圖3所示），新舊系統(tǒng)主軸正反轉(zhuǎn)Y信號接線圖改變?nèi)缦拢?/p>

1）接線端50和51分別接入I/O單元的CB106（B05）和CB106（B06）；2）繼電器的公共端由共24V變成共0V；3）續(xù)流二極管方向相反．

1.3 PMC程序設(shè)計(jì)

數(shù)控機(jī)床的 PMC主要處理機(jī)床開關(guān)量的順序控制[5]．因原有PMC程序功能齊全，因此沿用原來機(jī)床的PMC程序主體，只需作以下修改：

1）因機(jī)床I/O信號地址已重新分配，因此需修改PMC程序中所有機(jī)床輸入輸出信號，即將所有X、Y信號地址替換為新的X、Y地址．

圖2 新舊數(shù)控系統(tǒng)I/O輸出接口

圖3 新舊系統(tǒng)主軸正反轉(zhuǎn)輸出Y信號接線圖

2）因?yàn)槔舷到y(tǒng)和新系統(tǒng)的G、F地址不兼容，因此要將所有G、F信號地址替換為新系統(tǒng)的G、F地址．例如：將原有急停信號G121.4（*ESP）改為新系統(tǒng)的G8.4（*ESP）．

3）原有系統(tǒng)使用 PMC程序版本為 DOS下的PMC-L，新系統(tǒng)使用PMC程序版本改為windows下的PMC 0iMateD PMC/L．

2 系統(tǒng)調(diào)試

2.1 接線

拆除原有機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)硬件部分，將新系統(tǒng)硬件裝入機(jī)床并按圖1連好線．機(jī)床外圍電器及接線不變．如前文所述更改X、Y輸入輸出信號地址及Y信號接口．

接線之后確認(rèn)以下關(guān)鍵連線是否正確：1）確認(rèn)CNC的24V電源是否正常，CNC系統(tǒng)24VDC的容量最好5A以上．確認(rèn)I/O模塊的24V電源連接、I/O接口信號確認(rèn)有無短路現(xiàn)象[6]．2）確認(rèn)I/O-Link線是從NC的JD51A連接到I/O單元的JD1B．確認(rèn)手輪連接到I/O單元的JA3接口．3）檢查電柜動(dòng)力電源線、MCC和急停開關(guān)的接線是否正確．4）檢查主軸電機(jī)、伺服電機(jī)動(dòng)力線及其反饋線連接的是否正確．

2.2 通電檢查

系統(tǒng)通電順序，遵循先弱電，后強(qiáng)電，逐步通電的順序[6]．

1）根據(jù)設(shè)計(jì)電氣圖，逐一檢查各個(gè)節(jié)點(diǎn)電源是否正常．

壓下急停按鈕，斷開主要節(jié)點(diǎn)開關(guān)，逐一閉合各節(jié)點(diǎn)開關(guān)，并檢查各個(gè)節(jié)點(diǎn)的輸入是否正常．主要檢查包括24V供電回路，主軸和伺服的380V和220V電源供電回路．

2）按照先系統(tǒng)后接口I/O，先伺服和主軸，后強(qiáng)電的通電順序逐一通電．

3）24V 等驅(qū)動(dòng)電源的連接確認(rèn)．確認(rèn)系統(tǒng)，I/O設(shè)備的電源燈是否點(diǎn)亮．對I/O單元是否識別，可通過下列操作確認(rèn)：[system]à右擴(kuò)展2次à[PMC維修]à[I/O-LINK]，顯示“SEPARATE TYP I/O BOARD”（分離型I/O板）即可．

2.3 語言切換

修改為中文：[SYSTEM]à[OFS/SET]à右擴(kuò)展鍵幾次à[SYSTEM]à[LANGUAGE]à用光標(biāo)選擇語言“SIMPLIFIED CHINESE”à[OPRT]à[APPLY]．

2.4 梯形圖導(dǎo)入

1）PMC配置．設(shè)定相關(guān)的PMC參數(shù)，將“編輯器功能有效”置為“是”，才可以導(dǎo)入梯形圖[6]，操作如下：[SYSTEM]à右擴(kuò)展鍵 2次à[PMC 配置]à[設(shè)定]．

2）梯形圖的導(dǎo)入．梯形圖的導(dǎo)入，可以用存儲卡也可以用計(jì)算機(jī)RS232傳輸．使用卡傳輸操作如下：[SYSTEM]à右擴(kuò)展鍵 2次à[PMC維修]à[I/O 操作]à[列表]à[選擇文件]à[執(zhí)行]．注意：梯形圖導(dǎo)入后還要寫入FLASH ROM．這樣系統(tǒng)再次上電才能運(yùn)行新PMC程序．

2.5 基本參數(shù)設(shè)定

導(dǎo)入梯形圖之后，同時(shí)按下“RESET+DELETE”按鍵重啟進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)全清．全清之后再按下急停按鈕之后，對系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置[6]．具體參數(shù)設(shè)置參考書籍“FANUC 0i-D/0iMate-D參數(shù)手冊”．特別注意的是，由于本機(jī)床改造保留原有變頻模擬主軸，因此主軸參數(shù)的設(shè)定一定要正確，不然主軸運(yùn)轉(zhuǎn)就不正常．首先設(shè)定參數(shù)PRM8133#5=1（不使用主軸串行輸出），然后設(shè)定參數(shù)，見表2．

通過上述調(diào)試步驟，能實(shí)現(xiàn)機(jī)床的基本功能．注意調(diào)試完之后，為了便于對機(jī)床今后的維護(hù)，最好對系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面?zhèn)浞荩?/p>

數(shù)控機(jī)床改造是一個(gè)十分復(fù)雜的工作，涉及到的知識比較廣而雜，并且需要豐富的工廠實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)．本案例可以為其他機(jī)床升級改造提供參考．

表2 模擬主軸參數(shù)設(shè)置

[1] 盧燕明．探機(jī)床數(shù)控化改造之佳徑——訪北京圣藍(lán)拓?cái)?shù)控有限公司總經(jīng)理宋松[J]．金屬加工，2010（10）：16-18．

[2] 王曉燕．探西門子802D在機(jī)床改造中的應(yīng)用[J]．裝備制造，2010（4）：269．

[3] 叢盈梅．西門子802D在機(jī)床改造中的成功應(yīng)用[J]．科技咨詢導(dǎo)報(bào)，2007（10）：224．

[4] 杜江華．西門子802D在機(jī)床改造中的應(yīng)用[J]．機(jī)械工人 冷加工，2006（1）：57-59．

[5] 陳芳．?dāng)?shù)控機(jī)床PLC控制技術(shù)[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2009：257．

[6] 楊金鵬．配置 FANUC-0iD系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床的調(diào)試[J]．機(jī)械制造與自動(dòng)化，2012（2）：166-169．