步勇兵 張志東

（1.北京華泰科思電氣技術(shù)有限公司 北京 2.保定標(biāo)正機(jī)床有限責(zé)任公司 河北保定）

1.存在的問題

MK52系列動(dòng)梁式數(shù)控龍門導(dǎo)軌磨床由上海重型機(jī)床廠與德國(guó)瓦特里?？票ず献魃a(chǎn)，機(jī)床帶有兩個(gè)磨頭，周邊磨頭電機(jī)為三相交流異步電機(jī)，配置變頻器；萬能磨頭電機(jī)為直流電機(jī)，配置直流調(diào)速裝置。機(jī)床有X、Y（型號(hào)為FANUC15-5）和Z（型號(hào)為FANUC25-5）等3個(gè)伺服軸，其中X、Y軸分別控制磨頭上下移動(dòng)，Z軸控制磨頭左右向移動(dòng)（由電磁離合器切換）。該機(jī)床1991年安裝使用至今機(jī)械部分保養(yǎng)較好，加工精度仍能滿足要求，強(qiáng)電部分控制基本正常，不影響使用。機(jī)床采用FANUC 3M數(shù)控系統(tǒng)，目前嚴(yán)重老化，系統(tǒng)備件及直流伺服電機(jī)已停產(chǎn)。最近幾年機(jī)床故障頻發(fā)，平均每年停機(jī)時(shí)間為1～2個(gè)月，特別夏天溫度高、濕度大，機(jī)床會(huì)隨時(shí)停機(jī)，影響正常生產(chǎn)。

2.改造方案

由于設(shè)備故障點(diǎn)主要在數(shù)控系統(tǒng)部分，因此改造主要針對(duì)數(shù)控系統(tǒng)。初期方案是采用FANUC最新的0i-MD系統(tǒng)作為替換，性能可滿足要求。但考慮到該廠特點(diǎn)是非標(biāo)小批量加工，并以加工平面磨削為主，基本用不上數(shù)控系統(tǒng)，加之供貨期及改造成本原因，最終改造方案采用臺(tái)達(dá)交流伺服電機(jī)+PLC+觸摸屏的模式（圖1）。

圖1 改造后的電氣系統(tǒng)控制框圖

3.改造實(shí)施

（1）伺服系統(tǒng)采用臺(tái)達(dá)A2系列交流伺服系統(tǒng)，其中X和Y軸電機(jī)型號(hào)為 ECMA-F11845SS，28.65 N·m/1500（r/min）/4.5 kW、帶剎車、220 V；Z 軸電機(jī)型號(hào) ECMA-F11875R3，47.74 N·m/1500（r/min）/7.5 kW、不帶剎車、220 V；扭矩比改造前有所提升。

（2）PLC是此次改造控制核心，完成所有邏輯關(guān)系的處理和伺服系統(tǒng)的控制，采用臺(tái)達(dá)EH3系列主機(jī)加I/O擴(kuò)展，輸入90點(diǎn)、輸出70點(diǎn)，包括橫梁、周邊磨頭、萬能磨頭和床面等4大部分的控制，主要的程序流程見圖2。

（3）采用PLC擴(kuò)展模塊01PU-H2（單軸定位模塊）控制3個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器。該模塊專門用于步進(jìn)或伺服電機(jī)的速度或位置控制，最高200 kPPS脈沖輸出，內(nèi)建原點(diǎn)回歸、點(diǎn)動(dòng)和單段速定位控制等多種輸出模式，覆蓋該機(jī)床各項(xiàng)應(yīng)用功能。考慮到該機(jī)床沒有多軸聯(lián)動(dòng)功能，故采用軟硬件結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)1個(gè)單軸定位模塊控制3臺(tái)伺服電機(jī)（圖3）。將每個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器的多功能輸出（差動(dòng)）信號(hào)來源設(shè)置為與脈沖輸入信號(hào)一致，這樣3個(gè)驅(qū)動(dòng)器能同時(shí)接收到定位模塊輸出的脈沖，但只有當(dāng)指定驅(qū)動(dòng)器的使能信號(hào)有效時(shí)，對(duì)應(yīng)伺服電機(jī)才會(huì)運(yùn)動(dòng)。

圖2 主要的程序流程

圖3 伺服電機(jī)控制原理

（4）采用10英寸彩色觸摸屏作為坐標(biāo)顯示和參數(shù)顯示及輸入。主界面（圖4）根據(jù)龍門磨床各項(xiàng)功能設(shè)置，可設(shè)置寬步走刀及微量進(jìn)給的數(shù)值，并有豐富的輔助功能，可顯示各I/O口的輸入輸出狀態(tài)及故障報(bào)警信息，方便操作者使用。

（5）其他。①利用原數(shù)控柜安裝伺服驅(qū)動(dòng)器及PLC部分，由于現(xiàn)場(chǎng)使用冷卻水，濕度較大，故將所有元件全部安裝在背對(duì)機(jī)床底板，減少水汽對(duì)電氣設(shè)備影響；②輸入輸出端口均采用新的多針航空插頭，連接穩(wěn)固、可靠性高；③PLC輸入端、輸出端和伺服電機(jī)抱閘的24 V電源均采用獨(dú)立模塊電源，提高抗干擾性及穩(wěn)定度；④采用新型器件，如波段開關(guān)代替十擋旋鈕，采用新型數(shù)顯表代替老式顯示表，使懸掛按鈕站內(nèi)使用到的連線減少約1/3，有效簡(jiǎn)化日后檢修工作。

2013年10月完成改造，機(jī)床在現(xiàn)場(chǎng)按正常工況運(yùn)行，操作習(xí)慣與改造前基本一致，全中文顯示界面，方便操作。經(jīng)過一段時(shí)間生產(chǎn)考驗(yàn)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，加工精度滿足要求。

此次改造也表明利用PLC和伺服電機(jī)對(duì)MK5212數(shù)控龍門導(dǎo)軌磨床的改造經(jīng)濟(jì)、實(shí)用，不但可減少投資，而且操作簡(jiǎn)便、維護(hù)簡(jiǎn)單，可靠性高。

圖4 主界面