直流數(shù)控機(jī)床改造

1、C61200大型臥式車床的全面數(shù)控化改造-國家重點工程溪洛渡水利樞紐8000KN啟閉機(jī)卷筒折線繩槽加工用機(jī)床的數(shù)控改造摘要：文章介紹用NUM 1020T數(shù)控系統(tǒng)改造大型臥式車床的方法，介紹了與該機(jī) 床有關(guān)的參數(shù)配置及PLC編程；同時介紹了這次改造后加工中運行工件程序時遇 到的問題和解決辦法：并介紹了這次改造的特點和改造后的效果，闡述了舊機(jī)床數(shù) 控化改造的可行性和技術(shù)要點。關(guān)鍵詞：NUM數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控化改造折線繩槽加工一、改造背景及機(jī)床概況用現(xiàn)代化的技術(shù)改造裝備我們的企業(yè)，用數(shù)控化和自動化為老企 業(yè)的騰飛打造時代的翅膀。在這一理念指導(dǎo)下，為了使設(shè)備陳舊，技 術(shù)落后的老廠成為適應(yīng)現(xiàn)代化機(jī)械制造業(yè)的新

2、型企業(yè)，我們設(shè)備改造 技術(shù)人員付出了十分艱辛的努力，從2004年我們對C5225立車進(jìn)行的 首次數(shù)控改造，到今天實現(xiàn)公司多臺關(guān)鍵重點大型設(shè)備的數(shù)控化改造， 這時期的奮斗凝結(jié)了我們無數(shù)的智慧和汗水。為滿足我公司承接的國家重點工程金沙江溪洛渡水利樞紐8000KN 啟閉機(jī)卷筒加工的迫切要求，公司要求對C61200大型臥式車床進(jìn)行全 面數(shù)控改造，使之能滿足數(shù)控臥車加工的基本功能。在設(shè)備加工X圍內(nèi) 對折線繩槽工件進(jìn)行加工，達(dá)到加工要求。確保設(shè)備改造后整體性能完 好，使其正常穩(wěn)定運行。二、改造目的及要求:這批工號為0605-101B的固定卷揚式啟閉機(jī)卷筒，直徑2.786米、 長度449米、單重25.6噸、

3、左右24圈繩槽雙向卷揚，折線繩槽螺距為 60mm,繩槽半徑30mm,形位公差同軸度光潔度等有關(guān)尺寸要求高，在 我公司加工過的卷筒中杲難度最大的。為了順利完成這一加工任務(wù)，要 求我們改造后的機(jī)床必須：1. 滿足加工折線繩槽的全部工藝要求。2. 更換原電氣控制系統(tǒng)，全面提高機(jī)床性能，實現(xiàn)機(jī)床三軸(X、Z、C 軸)插補(bǔ)功能，滿足高效加工各類工件的工藝要求，更加靈活地滿 足用戶的需求。3. 降低設(shè)備故障率，便于維護(hù)管理。三、主要技術(shù)方案這臺C61200大型臥式車床是XX重型機(jī)床廠生產(chǎn)的，在我廠服役 多年，其電氣控制系統(tǒng)在多年前進(jìn)行過簡易數(shù)控改造，操作人員需要 蹲在操作臺上手動進(jìn)刀和退刀，使人疲憊不堪，

4、表面光潔度必須由人 工進(jìn)行打磨，操作極不方便。并且宙于該機(jī)床一直處于超負(fù)荷運轉(zhuǎn)狀 態(tài)，電控系統(tǒng)故障頻繁，且維修困難。造成機(jī)床長時間停機(jī)待修，嚴(yán) 重影響了生產(chǎn)效率，對其進(jìn)行電氣改造迫在眉睫。經(jīng)我們設(shè)備技術(shù)人 員對機(jī)床精度、原機(jī)床電氣原理、加工工藝過程的認(rèn)真分析，綜合考 慮了可靠性、性能、功能和價格等因素的基礎(chǔ)上，提出數(shù)控改造技術(shù) 方案,具體配置如下：(-)數(shù)控系統(tǒng)采用NUM 1020T系列，其基本配置如下：1. NUM 1020T,配軸口 4個，分別為X軸、Z軸及回轉(zhuǎn)軸C軸， 外加一手輪軸口。方式當(dāng)前坐標(biāo)2. 配置模塊化液晶顯示面板，通過在PC上安裝在WINDOWS操作 系統(tǒng)下的HMI軟件與NC

5、進(jìn)行通訊，中文的全新的時尚人機(jī)友好界面（見圖），友好的對話方式，可鼠標(biāo)完成大部分操作，極大地方便了機(jī)床調(diào) 試、設(shè)定參數(shù)，及操作工人的編程操作。4. NUM1020T內(nèi)置PLC,選64/48點輸入/輸出板。5. 全PC操作面板，自行設(shè)計制造機(jī)床操作面板，包括主軸加、 減速按鈕及進(jìn)給倍率開關(guān)，三軸手動方向控制按鈕，并配電子手輪。6. 對機(jī)床的兩個直線軸（X軸、Z軸）向移動及一個回轉(zhuǎn)軸（C 軸）分別進(jìn)行補(bǔ)償，消除傳動間隙。加裝回零檢測幵關(guān)，使機(jī)床具有 較高的回零精度。7. 通過PLC編程設(shè)置全方位報警文本功能，使系統(tǒng)能自動檢測 由于誤操作編程錯誤，各電氣部件問題所引起的各種故障，系統(tǒng)進(jìn)行 相應(yīng)的保護(hù)

6、動作外，同時顯示報警號和報警文本。（二）主軸控制部分該機(jī)床主軸原采用EUROTHERM590+數(shù)字式直流調(diào)速系統(tǒng)控制，主 軸轉(zhuǎn)速使用模擬量給定信號，開環(huán)主軸控制。主軸與C軸共用的啟動、 停止、點動、變速、潤滑等操作都集成在機(jī)床操作面板上。主軸保留 原直流電機(jī)，具有速度反饋；C軸則采用交流伺服電機(jī)控制，具有位 置反饋（與FAGOR編碼器形成全閉環(huán)控制）。主軸電機(jī)與C軸電機(jī)的電 控切換采用安裝在電柜內(nèi)的鑰匙開關(guān)。1. 加工折線繩槽時，C軸采用BPH 190 AK（1200RPM/100NM）交流伺 服電機(jī)，由MDLA2100Q00驅(qū)動器進(jìn)行控制。2. 加工其他工件時，主軸傳動電機(jī)更換為Z4-200

7、-31 90KW直流電 機(jī)，由原EUROTHERM590+數(shù)字式直流調(diào)速系統(tǒng)控制，減少不必要 的幵支。3. 位置反饋采用與主軸花盤同軸安裝編碼器，編碼器型號為 S90000-D90-Co（三）刀架控制部分調(diào)整刀架機(jī)械傳動鏈，確保機(jī)械傳動精度。更換原刀架Z軸（大溜 板）交流伺服驅(qū)動電機(jī)及驅(qū)動裝置。驅(qū)動電機(jī)型號為BPH 190 7K （2000RPM/75NM）。新增刀架X軸（小溜板）交流伺服驅(qū)動電機(jī)及驅(qū)動 裝置。進(jìn)給驅(qū)動電機(jī)型號為BPH 142 4K （2000RPM/22NM）o（四）其它部分電機(jī)的控制均采用PLC編程控制。1. 刀架潤滑油泵電機(jī)：JW092-4 0. 55KW 380V 1.

8、 5A2. 尾座快速移動電機(jī)：XLED22-74 2. 2KW 1500r/m3. 尾座頂針移動電機(jī)：JH02-1Z-4 0. 8KW 380V 1. 73A4. 床頭箱油泵電機(jī):JO2-42-6 380V 5. 5KW 12. 6A四、本臺機(jī)床改造的特點（機(jī)床重要參數(shù)及PLC程序）1. 按照ISO標(biāo)準(zhǔn)，我們定義小刀架X軸實際物理地址為0,大溜板Z軸實際物理地址為1；定義主軸回轉(zhuǎn)軸C軸實際物理地址為2。并設(shè)有 關(guān)的參數(shù)為：P0N0 = 0000 0007 地址0、1、2為顯示軸P2N0 二 00000007地址0、1、2、3為測量軸P3N0 二 00000007地址0、1、2、3為插補(bǔ)軸P9N

9、0 二 00地址0軸指定為軸組1的X軸Nl=02地址1軸指定為軸組1的Z軸N2=08地址2軸指定為軸組1的C軸P97NO 二 1有一個C軸組Nl=0無PLC軸組因該機(jī)床為服役多年的老設(shè)備，機(jī)械條件不杲太好，大溜板導(dǎo)軌（Z 軸）直線度不好，無法滿足此產(chǎn)品加工要求，雖然該床身導(dǎo)軌在龍門銃 床上進(jìn)行了精度修復(fù)，但情況仍不容樂觀，加上機(jī)械傳動鏈長，傳動間 隙較大，而且不容許有更多的時間對機(jī)床傳動鏈進(jìn)行更多的改造。為我 們此次數(shù)控改造帶來了很大的困難,所以Pll、P21、P23、P30、P32等 幾個參數(shù)在這臺機(jī)床中就顯得尤為關(guān)鍵。a）調(diào)試中一個重要參數(shù)P11 （位置測量系數(shù)）此參數(shù)主要進(jìn)行參數(shù)的轉(zhuǎn)換，

10、把脈沖信號轉(zhuǎn)換為位置值，運動的位置（內(nèi)部測量單位表示）二編碼器的運動脈沖數(shù)X Multi/Divib）位置環(huán)增益系數(shù)P21最大速度指令（以DAC點）二KVAR x Ep最大的跟隨誤差KVAR二最大速度指令（以DAC點）/ Ep最大的跟隨誤差c）C進(jìn)行位置運算，根據(jù)最大速度P30和加速度數(shù)值P32算出位置 運動的位置。Axis encoder軸的位置檢測部分讀到當(dāng)前的位置值，Incrementai measurement （encoder pulses）增量式的位置測量 （編碼器的脈沖信號）送到軸位置卡上,C內(nèi)部進(jìn)行4分頻（Counter car X4）指令位置值和反饋位置值進(jìn)行相減，算出位置差

11、值，然后 進(jìn)行位置環(huán)增益運算P21（KVAR/1024）,同時必須考慮到位窗口P22和最大跟隨誤差值P23的限制，得到速度指令，然后進(jìn)行數(shù)模 轉(zhuǎn)換DAC為模擬量的速度指令，然后通過伺服放大器進(jìn)行速度環(huán)和 電流環(huán)的運算來控制電機(jī)運轉(zhuǎn)。2. 保留手動功能，方便操作工操作。C軸伺服電機(jī)的主軸和C軸功能切換，宙NUM驅(qū)動系統(tǒng)控制，既要 在車外圓時具有主軸功能即非數(shù)控編程操作方式實現(xiàn)主軸與刀架聯(lián) 動，調(diào)速給定由數(shù)控系統(tǒng)程序設(shè)定，通過加、減速按鈕調(diào)整主軸速度， 并在窗動態(tài)顯示速度值；又要在車削繩槽時實現(xiàn)C軸與X軸、Z軸插 補(bǔ)功能。宙于NUM系統(tǒng)的模擬量I/O 可以控制2個模擬輸入，一個 模擬輸出，我們設(shè)定

12、主軸為PLC主軸。利用外部線路及PLC程序?qū)λ欧姍C(jī)進(jìn)行主軸功能和C軸功能的切換。相關(guān)PLC程序如下:劃502 2劉 5Q2 21/1-V1.0劃502.3劉 5Q23-1/11緲0-1/1-M100.1 MIOO.O綁 444綁 444-I J I1 /I1 /I( S MIOO.O劉 502.2劉 502.3圖示 有關(guān)主軸、C軸切換控制的梯形圖3. 中文界面代替英文界面更適合中國人的操作；直接進(jìn)入式菜單代替 原先返回再進(jìn)入式菜單，使操作更顯方便；智能化的子程序，讓操 作者尤顯操作輕松和方便。五、加工啟閉機(jī)卷筒時出現(xiàn)的問題及解決辦法1在使用程序加工時，C軸回轉(zhuǎn)速度不穩(wěn)定，忽快忽幔，引起該軸減

13、速 器發(fā)出刺耳聲音。經(jīng)請教專業(yè)編程人氏協(xié)助解決該問題后知，此冋 題是宙于工藝編程時F （速度）指令設(shè)置有誤，造成機(jī)床跟隨誤差忽 大忽小而引起的。2. 加工中存在誤差問題，在加工繩槽時，C軸零點位置在一段時間后發(fā) 生偏移。經(jīng)分析后認(rèn)為有兩種原因：一是機(jī)床本身的傳動誤差，因 該機(jī)床為舊設(shè)備，根本無法達(dá)到數(shù)控機(jī)床的機(jī)械精度要求，傳動間 隙、反向間隙都很大。后在參數(shù)上逬行了一定的誤差補(bǔ)償，但無法 從根本上解決問題，這也是我們在今后的舊機(jī)床數(shù)控改造中需要注 意和改進(jìn)的。二杲工藝編程中G90、G91指令混合編程，造成累積誤 差，經(jīng)請教專業(yè)編程人氏，采用CAD逐點編程解決。六、改造的效果經(jīng)過大家的努力，我們按時完成C61200數(shù)控臥式車床的改造工作。 經(jīng)過數(shù)控化改造后，該機(jī)床的安全性、可靠性、易操作性、易維護(hù)性有了 明顯改善。完全可以正常投入生產(chǎn)使用。改造后的C61200數(shù)控臥式車床投入使用后，在公司領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)心和支 持下，各個部門密切配合，于2006年7月26日,在熱處理粗加工車間，首件 啟閉機(jī)卷筒通過加工程序順利