李念周

（河南中鋁裝備有限公司，河南 鄭州 450041）

CNC 機床由于切削用量大、連續(xù)加工發(fā)熱量大等因素對加工精度有一定影響，切削動作自動控制，很難由人工進行調整、補償，設計制造要求比普通切削機床更嚴格，需采取加強剛性、減小熱變形、提高精度等方面措施。數控技術是數字控制（NC，NumericalControl）技術的簡稱，它是一種用數字化的信息（數字、字母和符號）對某一工作過程進行可編程的自動控制技術。數控技術是綜合機械加工技術、自動化技術、計算機技術、測量技術和微電子技術而形成的一門邊緣學科。目前機械制造業(yè)的競爭，其實質是智能制造的競爭，衡量一個國家的機械發(fā)展水平，主要是看其數控機床的普及率。采用華中數控技術，對C650 車床等設備逐步進行了改造，以較小的成本實現了機床的數控要求，既為節(jié)約了資金，又為企業(yè)創(chuàng)造了經濟效益。

1 C650 車床改造的思路

C650 是一臺中型臥式車床，主要完成一些中等工件產品的加工任務。其最大加工直徑1m。該設備使用中故障率高，維修不方便，且電氣元件參數受環(huán)境溫度影響，經常出現季節(jié)性故障。為此，我們擬對該設備進行徹底的電氣及機械大修改造。

首先，機械部分根據原有設備狀況進行部分修理和改造，保留了床頭箱內的所有變速系統(tǒng)，對溜板箱進行全面改造更換，以保證適應伺服調速系統(tǒng)的需要。并對床身導軌進行加工保證其精度。

其次，運用全數字式直流調速裝置對花盤主回路及右刀架進給進行改造；為方便操作，在右刀架上加裝X 軸和Y軸兩套數顯裝置；運用“世紀星”數控系統(tǒng)對左刀架進行改造，其伺服驅動部分選用了某數控集團公司生產的ZSS1系列直流伺服調速裝置；邏輯控制部分，選用日本三菱的PLC(FX2N-128MR)取代原機床的交流繼電器控制。

2 C650 車床改造過程綜述

2.1 機械部分的改造

拆除原有老式的溜板箱，采用簡單調速箱，使其在伺服系統(tǒng)控制下能穩(wěn)定可靠的執(zhí)行動作；對大拖板及小拖板進行更換，主要是改變其部分位置的尺寸，增加安裝伺服系統(tǒng)、數控顯屏的位置，并保證其平衡度及運行精度；床身導軌面進行重新加工，保證其粗糙度在Ra1.6 以下，平面度在±0.01mm 以內并進行表面淬火，表面硬度達到HRC56 以上。拖板與導軌進行充分研磨，達到完美配合。

2.2 花盤及右刀架直流調速系統(tǒng)的改造

在原有的直流調速控制系統(tǒng)下，機床的花盤經常出現帶不動負荷現象，生產效率低，而模擬系統(tǒng)的參數調節(jié)又比較困難，且其參數經常隨季節(jié)而變化，需要維修人員定期檢修和調試。右刀架進給系統(tǒng)的主要問題在于其低速不穩(wěn)定性，當“吃”刀量很小時，轉速表呈明顯抖動。這主要是由于原系統(tǒng)的速度調節(jié)器的核心元件放大器存在阻尼振蕩造成的，走刀系統(tǒng)的不穩(wěn)定嚴重影響了機床的加工精度，為此，將原來落后的模擬系統(tǒng)改造為目前較為先進的歐陸全數字式直流調速系統(tǒng)。根據C650 車床主電機及進給電機參數的要求，選用歐陸360 系列SSD-360120A 控制花盤傳動，用SSD-36035A 控制走刀。在參數設定中，依據車床的特點，對歐陸360 進行以下靈活運用。

（1）合理調整花盤停車時間。車床的花盤反轉是刀具的一大殺手，因此在設定花盤停車時間(下降時間)時，要嚴格以花盤無反轉(停車時，花盤朝相反方向回轉)為限度。

（2）增加花盤點動的“慢點”、“快點”功能。車床的工件對刀一直是操作工人的難點，以往的花盤點動就只有一個速度，靠電柜內部的電位器進行設定，往往很難兼顧，慢了，花盤轉一圈花費時間太長；快了，花盤到目標點停不住，造成效率低下。為此，在360 中利用其數字輸入點C6(正點)、C7(反點)、C8(復位)以及其內部軟件模塊實現快、慢速點動，速度大小由操作者摁點動按鈕的時間長短決定。釋放按鈕，則花盤速度歸零。這樣可以做到快速靠近，低速到達。

（3）設定電壓限幅值要考慮電壓波動。

（4）對走刀電機啟動斜坡進行調整。走刀電機啟動之前，首先剎車電磁鐵要吸合，松開抱閘，所以走刀電機要考慮電磁線圈的吸合時間，延時一段時間再升速，避免電機因背力而過流。

在公司的多項設備改造中，直流調速系統(tǒng)都用到全數字式直流調速裝置，可靠性還是性價比較高，尤其是其液晶顯示的人機操作界面使參數設置變得簡單易行。360 系列控制器采用標準Windows 菜單樹形結構，簡單方便，容易讀取和設定傳動參數。顯示出的數值可觀察或改變。

在調試之初，首先要進行參數設定(SETUPPARAMETERS)，其 中“ 斜 坡”(RAMPS)、“ 上 升/ 下 降”(RAISE/LOWER)主要針對花盤或刀架啟動、停止的過程控制；“輔助輸入/ 輸出”(AUXI/O) 用來設定對象的給定；“勵磁控制”(FIELDCONTROL)決定了系統(tǒng)的勵磁方式，是內磁場，或是外磁場，以及磁場的限幅大小；“電流環(huán)”(CURRENTLOOP)、“速度環(huán)”(SPEEDLOOP)則調節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)特性，例如穩(wěn)定性、帶負載能力等。以上參數都要根據機床的實際逐一進行設定，當然，360 內部的自整定、自調諧功能也可以在調試中帶來很大的便利。

在傳動系統(tǒng)“菜單級”(MENULEVER)中，有一欄為報警狀態(tài)(ALARMSTATUS)，當系統(tǒng)發(fā)生故障時，前面板上的“正常”發(fā)光二極管熄滅，人機接口便會自動顯示報警，并且顯示器將顯示所有報警中的當前故障，以便維修人員進行診斷和處理。常見的故障報警有:OVERSPEEDLEVER(超速報警)、SPEEDFBKALARM( 速反報警)、FIELDFALL( 勵磁故障) 等，由此，可以方便地查找故障。

2.3 車床左刀架的數控改造

對于左刀架的數控改造，首先是基于左側刀架傳動機構的改造。原有的傳動機構是由1 臺直流電機控制走刀，一臺交流電機控制快送，刀架運動方向由十字開關控制進刀箱內的電磁閥決定；現在的傳動機構則由2 臺伺服電機分別帶動光桿和絲桿，各自控制一個方向，這樣兩軸聯動，從而走出型線。伺服電機與傳動軸之間通過4:1 的齒輪箱進行減速。伺服電機型號為S-CZK250，額定轉矩75N·m，最高轉速1000r/min。伺服電機尾部安裝1 臺測速發(fā)電機和1 臺編碼器(LEC-200BM-G05P)，分別作速度環(huán)和位置環(huán)的反饋。HNC-21 系列數控裝置采用開放式體系結構，內置嵌入式工業(yè)PC 機、高性能CPU，配置觸摸屏，集成進給軸接口、主軸接口、手持單元接口、內嵌式PLC 接口、遠程I/O 接口于一體。

(1)4 軸聯動。

(2)可選配各種類型的脈沖式、模擬式交流伺服驅動器或步進電機驅動器以及HSV-11 系列串行式伺服單元。

(3)配置標準機床工程面板，不占用PLC 的輸入/輸出接口。

(4)配置40 路輸入接口和32 路功率放大光電隔離開關量輸出接口、手持單元接口、模擬主軸控制接口與編碼器接口，以及遠程I/O 板擴展接口。

(5)采用10 英寸觸摸器，全漢字操作界面，具有故障診斷與報警設置，多種圖形加工軌跡顯示和仿真功能。

(6)采用國際標準G 代碼編程，與各種流行的CAD/CAM自動編程系統(tǒng)兼容，具有直線、圓弧、螺旋線插補，固定循環(huán)、旋轉、縮放、鏡像、刀具補償、宏程序等功能。

(7)加工斷點保存恢復功能，為用戶安全、方便使用提供保證。

“世紀星”數控系統(tǒng)是開放式的數控系統(tǒng)軟件平臺，適宜二次開發(fā)，能靈活地組配不同類型的數控系統(tǒng)和擴充系統(tǒng)的功能，因此這種結構具有良好的開放性和可維護性。其中，“編輯程序”可以由工藝人員或操作者在該界面內對加工圖形進行編程，亦可由USB 接口直接導入入經CAD/CAM 編制的加工程序；“參數設置”用來對系統(tǒng)參數、通道參數、坐標軸參數、軸補償值參數、硬件配置參數、PMC 系統(tǒng)參數、PMC用戶參數、外部報警參數等進行設置，在修改或設置參數之前，必須輸入修改權限密碼，否則無法更改；“PLC 管理”是針對“世紀星”的內嵌式PLC，其標準的PLC 應用程序和配套的PMC 用戶參數文件基本上可以滿足用戶的絕大部分需要。

由于車床身較大，在數控裝置的連接過程中，要特別注意盡量減少信號的衰減，信號線全部采用屏蔽線，兩頭用電烙鐵焊牢，中間不要有過渡。

3 C650 車床改造的使用效果

C650 車床改造后，帶負載能力明顯增強，加工精度也大為提高，并通過數控改造，使這臺車床順利完成了球面、橢圓面等外環(huán)型線的加工任務，滿足了生產需要，基本上達到了改造的預期目標。