【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 數(shù)控系統(tǒng)： 華中 Ⅰ 型 （廠家自行開發(fā)， 8 位微處理器）。 驅(qū)動(dòng)單元：主軸驅(qū)動(dòng)使用 SVF— 552— 380C 變頻器調(diào)速，三相交流異步電動(dòng)機(jī)；進(jìn)給驅(qū)動(dòng)使用 PMM— BA— 5602 交流 驅(qū)動(dòng)控制器 和交流伺服 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)；檢測(cè)元件使用 編碼器 ，開環(huán)控制結(jié)構(gòu)。 開關(guān)量和動(dòng)作順序控制：使用繼電器 — 接觸器邏輯控制電路。 機(jī)械結(jié)構(gòu)：鑄鐵導(dǎo)軌，滾珠絲杠，有切削液供液裝置，外部手動(dòng)潤(rùn)滑。 其它： 9 英寸單色 CRT 顯示器，按鍵式操作控制面板。 機(jī)械結(jié)構(gòu)問(wèn)題分析 系統(tǒng)剛性良好，主要機(jī)械部件各部分未見(jiàn)明顯變形；主軸旋轉(zhuǎn)嘈音過(guò)大，跳動(dòng)明顯，懷疑為主軸軸承組松動(dòng)，需要拆卸后方可真正確定故障原因及維修方法；進(jìn)給系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)基本正常，部分部位有積塵和銹蝕現(xiàn)象，需要適當(dāng)維護(hù)；各運(yùn)動(dòng)部分潤(rùn)滑嚴(yán)重缺乏，需要作 全面的維護(hù)；松、夾刀裝置銹蝕嚴(yán)重；防護(hù)板完好。 電氣控制系統(tǒng) （ 1）數(shù)控系統(tǒng) 系統(tǒng)本身完全損壞，無(wú)法啟動(dòng)；大部分接口老化，規(guī)格與新的 HNC— 21 系統(tǒng)無(wú)法兼容，失去維修價(jià)值；操作面板有 1/3 左右的按鍵失靈，信號(hào)燈全部損壞；手搖脈沖發(fā)生器反應(yīng)不靈敏，懷疑內(nèi)部觸電存在問(wèn)題； CRT 顯示器損壞，無(wú)顯示； DNC 無(wú)法使用，懷疑其軟件丟失；軟盤驅(qū)動(dòng)器正常。 （ 2） 液壓系統(tǒng)狀態(tài) 手動(dòng)潤(rùn)滑液壓 需要更換為由系統(tǒng)控制的自動(dòng)；外部切削液噴注部分缺失；回油路滲漏嚴(yán)重，壓力不足，懷疑密封或背壓閥損壞；部分油管老化，需要更換；油 箱過(guò)濾裝置已經(jīng)堵塞， 7 基本失效，油箱本體基本完好；液壓變速裝置狀態(tài)不明，需要打開主軸箱方可確實(shí)。 （ 3） 氣壓系統(tǒng)狀態(tài) 缺少進(jìn)氣管和接頭；氣壓裝置壓力不足，懷疑密封或氣壓閥損壞；氣壓松、夾刀裝置狀態(tài)不明（因松、夾刀裝置銹蝕嚴(yán)重，刀具無(wú)法取下）。 （ 4）電柜 Z 軸驅(qū)動(dòng)模塊損壞， X、 Y 驅(qū)動(dòng)模塊存在“丟步”現(xiàn)象；主軸變頻器工作狀態(tài)不穩(wěn)定，懷疑內(nèi)部老化至使性能下降；變壓器組輸出電壓波動(dòng)率≥ 10%，發(fā)熱明顯（通電測(cè)試約 30min），繼續(xù)使用有危險(xiǎn)性； 8 個(gè)繼電器中 4 個(gè)不工作，缺少 2 個(gè) HNC— 21 系統(tǒng)所需的系統(tǒng)控制繼電器（新系統(tǒng)需 要 10~11 個(gè)）；自動(dòng)空氣開關(guān)和交流接觸器工作不穩(wěn)定，懷疑是積塵過(guò)多或元件老化引起；接線板積塵、生銹現(xiàn)在嚴(yán)重，開關(guān)量接線板規(guī)格與 HNC— 21 系統(tǒng)不同；部分線纜老化；除塵過(guò)濾裝置基本失效；缺少開關(guān)電源；電柜箱體正常，接地端稍有銹蝕，需要按 HNC— 21 系統(tǒng)接線要求進(jìn)行改造和維修。 （ 5） 電機(jī)與檢測(cè)系統(tǒng)狀態(tài) 電機(jī)完好，但接口與 HNC— 21 系統(tǒng)不匹配，需要另行制作；編碼器狀態(tài)不明（因系統(tǒng)損壞無(wú)法啟動(dòng)，故無(wú)法檢測(cè)），接口與 HNC— 21 系統(tǒng)不匹配，需要另行制作。 （ 6） 其它附屬裝置狀態(tài) 照明燈全部缺失，原因不明；無(wú)氣壓除塵 裝置，可附加；外部電源正常。 綜合上述檢測(cè)和分析，得到如下結(jié)論：該 銑 床機(jī)械部分無(wú)大的故障，主要是運(yùn)動(dòng)聯(lián)結(jié)部分松動(dòng)老化，較易修復(fù)；電氣部分問(wèn)題較多，主要是元器件和應(yīng)用軟件的老化與損壞所至，難以修復(fù)，需要大規(guī)模更換?？紤]到生產(chǎn)的實(shí)際需要，決定進(jìn)行完整的系統(tǒng)更新，以恢復(fù)該 銑 床的生產(chǎn)能力，并提升其技術(shù)水平。 改造方案設(shè)計(jì) 機(jī)械部分的處理方案 總體上不對(duì)機(jī)械系統(tǒng)作大的更改，只進(jìn)行適當(dāng)?shù)臋z查、調(diào)整、修復(fù)和維護(hù)，更換易損件； 電氣控制系統(tǒng)的處理方案 (1) 改造、修復(fù)液壓、氣動(dòng)系統(tǒng)和機(jī)床輔助裝置； 8 (2) 拆 除原有的廢舊數(shù)控系統(tǒng)，依據(jù)改造要求選擇與購(gòu)買新的主流數(shù)控系統(tǒng)取而代之； (3) 重新設(shè)計(jì)，購(gòu)買新的元器件制造電柜，更換電源、驅(qū)動(dòng)單元； (4) 按照實(shí)際需要設(shè)置、調(diào)整系統(tǒng)的應(yīng)用軟件； (5) 充分利用系統(tǒng)提供的技術(shù)手段，參考國(guó)內(nèi)外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，考慮學(xué)院的實(shí)際情況，完成系統(tǒng)的選擇與連接，參數(shù)設(shè)置； (6) 按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和生產(chǎn)任務(wù)需求進(jìn)行整機(jī)的調(diào)試與驗(yàn)收、性能測(cè)試；通過(guò)試生產(chǎn)進(jìn)行檢驗(yàn)。 系統(tǒng)總體控制結(jié)構(gòu) [附圖 ] 電柜 重新設(shè)計(jì)電柜，按照新系統(tǒng)的要求配置、布局，并考慮冷卻、除塵、安全保護(hù)和維護(hù)的方便性等因素。 CNC 裝 置的選型 基本性能要求 數(shù)控系統(tǒng)的核心是計(jì)算機(jī)數(shù)字控制裝置，即 CNC裝置。改造對(duì) CNC裝置的基本性能概括起來(lái)如下： 控制軸數(shù)：包括移動(dòng)軸和回轉(zhuǎn)軸。 銑 床基本坐標(biāo)軸是 X、 Y、 Z。 聯(lián)動(dòng)軸數(shù)： 銑 床聯(lián)動(dòng)軸數(shù)一般為 3個(gè)。 插補(bǔ)功能：此次改造要求 CNC具有直線、圓弧、拋物線、橢圓、螺旋曲線、樣條函數(shù)等插補(bǔ)功能，插補(bǔ)坐標(biāo)系包括直角坐標(biāo)系和極坐標(biāo)系。 脈沖當(dāng)量 (分辨率 )：要求 ≤ ㎜ 以便在運(yùn)算過(guò)程中不損失精度 [10]。 定位精度和重復(fù)精度：要求 ≤ ㎜ 。 進(jìn)給速度和調(diào)節(jié)范圍：要求其中最大進(jìn)給速度 ≥ 2m/min，進(jìn)給速度調(diào)整范圍為 10～ 200，每檔間隔 10。 主軸轉(zhuǎn)速和調(diào)節(jié)范圍：要求其中最大轉(zhuǎn)速 ≥ 1500r/min，機(jī)床操作面板設(shè)有主軸轉(zhuǎn)速倍率開關(guān)，做到不修改程序而改變主軸轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)范圍是 50～ 120，每檔間隔 10。 9 準(zhǔn)備功能（ G功能）：所有 G代碼應(yīng)分成一次性和模態(tài)兩種。在程序中，一次性的 G代碼限于在指令的程序段內(nèi)有效，而模態(tài)的 G代碼直到出現(xiàn)同一組的其他 G代碼前一直保持有效。 輔助功能 (M功能 )： M功能的使用分成立即型（在指令的程序段開始動(dòng)作時(shí)立即執(zhí)行）和段后型（在指令的程序段完成時(shí)才起作用）兩種。 零件程序管理和編程： CNC中可同時(shí)存儲(chǔ)的零件程序容量 ≥ 4M。 CNC提供的編程方式： MDI（手動(dòng)輸入單步執(zhí)行）、對(duì)話編程、參數(shù)化編程、藍(lán)圖直接編程等。 零件程序結(jié)構(gòu)：要求 CNC提供的零件程序結(jié)構(gòu)靈活，用戶使用方便，便于簡(jiǎn)化零件程序。 操作功能： CNC能進(jìn)行條件程序段的執(zhí)行、程序段跳步、機(jī)械閉鎖、輔助功能閉鎖、單段、試運(yùn)行等操作。 自動(dòng)加減速控制： CNC系統(tǒng)用軟件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加減速控制，對(duì)送到伺服電動(dòng)機(jī)的進(jìn)給頻率或電壓進(jìn)行控制，以保證伺服電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)、停止或速度突變時(shí)不產(chǎn)生沖擊、失步、超程或振蕩。 開關(guān)量接口： CNC的 M、 S、 T功能不僅在 CNC內(nèi)部處理，而且要以 BCD碼的形式輸出 [9]，另外， CNC還應(yīng)具備其他一些開關(guān)量接口，如外部的急停信號(hào)、循環(huán)起動(dòng)信號(hào)、進(jìn)給保持信號(hào)等。 機(jī)床順序控制：機(jī)床順序控制用可編程邏輯控制器 PLC（有稱 PMC）實(shí)現(xiàn)， PLC最好是獨(dú)立型。 字符圖形顯示： CNC配置單色或彩色 CRT，通過(guò)軟件和接口實(shí)現(xiàn)字符和圖形顯示?？梢燥@示程序、參數(shù)、各種補(bǔ)償量、坐標(biāo)位置、故障信號(hào)、人機(jī)對(duì)話編輯菜單、零件圖樣、動(dòng)態(tài)刀具軌跡 (表示實(shí)際切削過(guò)程 )等，以中文顯示功能為主。 通信與通信協(xié)議： CNC有 RS232C接口，最好配有 DNC接口，并設(shè)有緩沖區(qū)，能夠與計(jì)算機(jī)進(jìn)行高速傳輸，接入 車 間通信網(wǎng)絡(luò)，以適應(yīng) CAM（計(jì)算機(jī)輔助制造）的要求。 自診斷功能： CNC中設(shè)置各種診斷程序，在故障發(fā)生后可迅速查明障類型和部位，及時(shí)排除以減少故障停機(jī)時(shí)間和防止故障的擴(kuò)大。故障診斷程序可以包含在系統(tǒng)程序中，在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行診斷，也可以作為服務(wù)性程序，在系統(tǒng)運(yùn)行前或故障停機(jī)后進(jìn)行診斷。 價(jià)格：全部系統(tǒng)配置（包括可選單元）的價(jià)格最好 ≤ （可上浮 15%）。 10 主流 CNC 裝置性能比較與選型結(jié)論 （ 1） 主流 CNC 裝置 性能比較 主流 CNC(Computerized Numerical Control) 裝置性能比較見(jiàn)表 所示。 按照上述基本要求，根據(jù)目前我國(guó)數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)的系統(tǒng)使用情況，初步選擇 SIEMENS 802D、 北京 FANUC 0i Mate MB 和華中 “ 世紀(jì)星 ” HNC— 21 銑 床系統(tǒng)進(jìn)行比對(duì) [4] [7]，從中選出適合此次改造的系統(tǒng)。 表 三種數(shù)控系統(tǒng)性能比較 Tab. Three numerical controls system performance parison 功能 SIEMENS 802D FANUC 0i Mate TB “ 世紀(jì)星 ” HNC— 21 銑 床系統(tǒng) 控制軸數(shù) 4 3 2（ 具有 4軸的擴(kuò)展能力 ） 聯(lián)動(dòng)軸數(shù) 4 3 2（ 具有第三、四軸的擴(kuò)展能力 ） 最大編程尺寸 ?8位 ?8位 ?9位 最小設(shè)定單位 程序數(shù)據(jù)斷電保護(hù)與存貯功能 有 按用戶要求另配 有 16MB 電子盤 進(jìn)給軸類型 半閉環(huán)控制 半閉環(huán)控制（全閉環(huán)控制為選件） 半閉環(huán)控制 進(jìn)給軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) SIMODRIVE 611UE +帶編碼器的 1FK 7 伺服電機(jī) 伺服控制 FSSB（ 0系列） +交流 伺服電機(jī)（β系列） 數(shù)字交流伺服驅(qū)動(dòng)裝置 +永磁同步交流無(wú)刷伺服電機(jī) 主軸系統(tǒng) 有 有（ AC主軸電機(jī) βi系列 ） 有（變頻器＋變頻主軸電機(jī)， 修調(diào)功能 進(jìn)給修調(diào)和主軸轉(zhuǎn)速修調(diào)兩種控制功能，修調(diào)范圍 10－120% 進(jìn)給修調(diào)、快速修調(diào)有 0、 25%、 50%和 100%四檔，主軸轉(zhuǎn)速修調(diào) 0～ 254% 進(jìn)給修調(diào)、快速修調(diào)和主軸轉(zhuǎn)速修調(diào)三種控制功能，修調(diào)范圍達(dá)到 0－ 150%，為連續(xù)實(shí)時(shí)多檔修調(diào) 自動(dòng)加減速控制方式 S型加減速度控制 快速進(jìn)給 O型加減速度控制、切削進(jìn)給指數(shù)加減速度控制 快速進(jìn)給、切削進(jìn)給 S型加減速度控制 系統(tǒng)參數(shù)備份與恢復(fù)功能 有 有 有 11 續(xù)表 顯示器 TFT彩色液晶顯示器（彩色選件） 9英寸黑白 LCD或 LCD 英寸以上彩色液晶顯示器 顯示屏亮度調(diào)節(jié)方式 手動(dòng)調(diào)節(jié) 功能 無(wú) 手動(dòng)和自動(dòng)調(diào)節(jié) 功能 圖形顯示 有軌跡顯示（選件） 有軌跡顯示（選件） 彩色實(shí)體圖形實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示 空運(yùn)行、模擬圖形化程序校驗(yàn) 有 有 有 實(shí)時(shí)加工參數(shù)顯示功能 有 有 有 菜單顯示語(yǔ)言 中 /英文 菜單 漢字菜單 漢字菜單（可選為英文） 編輯功能 有 有 有 藍(lán)圖編程功能 有 有（選件） 有（選件） 在線幫助功能 有 有 有 斷點(diǎn)保存與恢復(fù)功能 有 有 有 從指定的任意行運(yùn)行加工功能 有 有 有 程序跳段功能 有 有 有 故障監(jiān)控、診斷與報(bào)警功能 有 有 有 歷史故障記憶功能 有 有 有 間隙及螺距誤差補(bǔ)償功能 有 有 有（單、雙向螺距誤差補(bǔ)償功能） 跟蹤誤差允差設(shè)定與報(bào)警功能 有 有 有 工作狀態(tài)顯示燈 有 有 有 手動(dòng) /自動(dòng) /單步 /MDI 等方式 有 有 有 行程極限的軟、硬件限位功能 有 有 有 對(duì)刀操作 方式 一種 對(duì)刀操作 方 式（絕對(duì)刀偏） 一種 對(duì)刀操作 方式（相對(duì)刀偏） 支持絕對(duì)刀偏和相對(duì)刀偏兩種 對(duì)刀操作 方式（ 可自動(dòng)計(jì)算工件坐標(biāo)值 ） 主軸編碼器 有 有 有 電子手輪 有 有 有 續(xù)表 12 局域網(wǎng)（以太網(wǎng)）連接功能 無(wú) 無(wú) 有（可實(shí)現(xiàn)機(jī)床聯(lián)網(wǎng)） DNC接口通訊功能 有 有 有（ Windows操作界面） 外接 101鍵盤的接口功能 無(wú) 無(wú) 有 硬盤存儲(chǔ)器接口 無(wú) 無(wú) 有（可配 10 GB以上標(biāo)準(zhǔn)硬盤 驅(qū)動(dòng)器） 軟驅(qū) 接口 無(wú)（可擴(kuò)展） 無(wú)（可擴(kuò)展） 有（ 標(biāo)準(zhǔn) 軟盤驅(qū)動(dòng)器）（選件） 二次開發(fā)工具 無(wú) 無(wú) 有 插補(bǔ)功能 直線、圓弧、極坐標(biāo)、圓柱插補(bǔ) 直線、圓弧、極坐標(biāo)、圓柱插補(bǔ) 直線、圓弧、螺旋線、正弦線插補(bǔ) 螺紋功能（公制，英制） 有（ 多頭、變螺距螺紋加工功能） 有（不支持 變螺距螺紋加工） 有（ 多種螺紋切削固定循環(huán)、多頭、變螺距螺紋加工功能） 粗、精 銑 固定循環(huán)、復(fù)合循環(huán) 有 有 有 公制 /英制輸入功能 有 有 有 直徑 /半徑編程 有 有 有 絕對(duì)值 /增量值編程 有 有 有 每分鐘 /每轉(zhuǎn)進(jìn)給功能 有 有 有 刀具偏置和補(bǔ)償功能 有（ 刀具數(shù)： 32，刀具偏置存儲(chǔ)器：64） 有（根據(jù)要求配備） 有（ 刀具把 數(shù)： 99把，刀具偏置存儲(chǔ)器： 99個(gè)） 刀具半徑補(bǔ)償、長(zhǎng)度補(bǔ)償 有 有 有 自動(dòng)換刀功能 有 有 有 倒直角、圓角功能 有 無(wú)倒圓角 有 小線段連續(xù)高速加工功能 有 無(wú) 有 恒線速切削功能 有 有 有 坐標(biāo)系可編程的零點(diǎn)偏置功能 有 無(wú) 有 子程序調(diào)用功能 有（ 8重 子程序） 有 有（ 8重 子程序調(diào)用功能） 參數(shù)編程、宏程序編程 有 有 有 編程語(yǔ)言 標(biāo)準(zhǔn)的 G 功能、 M功能、 T 功能 標(biāo)準(zhǔn)