機床數(shù)控系統(tǒng)專題機氚的數(shù)字世改造周宜汪偉明(上海電氣數(shù)控技術(shù)應(yīng)用中心,200023)【摘要】我國現(xiàn)有的大量傳統(tǒng)機床已無法滿足現(xiàn)代制造業(yè)的要求,全部更新為新型數(shù)控機床又不太現(xiàn)實。因此,對這些機床進行教字化改造是一種切實可行的方法。機床數(shù)字化改造包括更換機械部件、增加傳感器和檢測裝置、釆用數(shù)字化交直流傳動裝置、選用數(shù)控系統(tǒng)和增加聯(lián)網(wǎng)通信功能等方面。對機床進行數(shù)字化改造具有投資少、交貨期短、機械性能穩(wěn)定可靠、便于操作維修、充分利用現(xiàn)有條件、可采用最新的控制技術(shù)等優(yōu)點。最后,列舉了幾個典型的改造實例。關(guān)鍵詞機床機電一體化技術(shù)改造綜述制造技術(shù)的競爭是世界經(jīng)濟競爭的主要內(nèi)容之必須大力提高機床的數(shù)控化率。高科技的制造技術(shù)已發(fā)展成為當(dāng)今國際科技競用數(shù)字技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)品,在機械裝備中廣泛爭的重點。應(yīng)用數(shù)控技術(shù),提升傳統(tǒng)機械的技術(shù)能級,使之?dāng)?shù)字當(dāng)前機床工業(yè)發(fā)展的重點以機床數(shù)字化為目化、智能化。這是機械裝備業(yè)技術(shù)發(fā)展的方向,也是標(biāo)發(fā)展快速高效高精度的數(shù)控機床和加工中心,使我國機械裝備業(yè)能贏得國際市場競爭的基本條先進的數(shù)控技術(shù)是制造業(yè)實現(xiàn)自動化、柔性化集成件?；W(wǎng)絡(luò)化數(shù)字化的關(guān)鍵。數(shù)控設(shè)備作為一種高精2機床數(shù)字化改造的實施度、高效率、高科技先進裝備,在裝備制造行業(yè)的生產(chǎn)活動中正在發(fā)揮越來越重要的作用2.1改造不適應(yīng)要求的機械部件些進口的數(shù)控機床或是二手進口機床,由于1機床數(shù)字化改造發(fā)展現(xiàn)狀長期工作,主傳動系統(tǒng)、進給系統(tǒng)液壓系統(tǒng)潤滑系在美國、日本、德國等發(fā)達國家,用數(shù)控技術(shù)改統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)工作臺、刀庫、換刀機械手等部件磨損。改造機床和生產(chǎn)線具有廣闊的市場,已形成了機床和造時應(yīng)對機床各部件仔細檢查,確認(rèn)設(shè)備的磨損狀生產(chǎn)線數(shù)控改造的新興行業(yè)。態(tài)和老化程度,確定目前機床的精度,機械傳動鏈的目前我國役齡10年以上的機床占60%左右;狀況,絲杠、導(dǎo)軌的狀況,有無重大故障等,以決定機10年以下的機床中,自動/半自動機床不到20%,采床是進行大修還是項修。用柔性制造設(shè)備的自動化生產(chǎn)線更是屈指可數(shù),而目前還有大量的各種類型普通機床,為了適應(yīng)美國和日本等國家的自動和半自動機床占60%以產(chǎn)品的升級換代需要改造為數(shù)控機床。改造機械上(柔性制造設(shè)備是以數(shù)控機床作為基本加工設(shè)部件前,應(yīng)對機床進行結(jié)構(gòu)、性能、精度等技術(shù)現(xiàn)狀備,配有物料自動輸送和存儲系統(tǒng),由計算機控制各的全面分析確定改造目標(biāo)、用途,考慮機械改裝的部分運行,實現(xiàn)加工過程自動化的制造設(shè)備。只需可行性。包括機床原來的結(jié)構(gòu)設(shè)計是否合理,機床改變有關(guān)軟件和少量工夾具,便可實現(xiàn)對一定范圍的基礎(chǔ)部件和結(jié)構(gòu)件是否仍然完好,各坐標(biāo)軸的機內(nèi)不同品種工件的加工。編者注)。可見,我械傳動結(jié)構(gòu)及導(dǎo)軌副的形式是否適用(最重要的是國制造業(yè)生產(chǎn)加工裝備絕大多數(shù)仍舊在使用傳統(tǒng)導(dǎo)軌的形式及滾珠絲杠的安裝),機械傳動機構(gòu)的機床。用這種裝備加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量傳動問中國煤化工機床的要求等。差、品種少、檔次低成本高供貨期長等問題,從而2.2CNMHG傳感器和測量裝在國際、國內(nèi)市場上缺乏競爭力,直接影響一個企業(yè)的產(chǎn)品、市場效益影響企業(yè)的生存和發(fā)展。因此數(shù)控機床位置傳感器的作用是檢測位移和速定世界(2008-8)393機床數(shù)控系統(tǒng)專題度,發(fā)送反饋信號,構(gòu)成閉環(huán)控制。位置傳感器有感是用于最多四個伺服軸數(shù)控機床的高性價比數(shù)控系應(yīng)同步器、旋轉(zhuǎn)變壓器、編碼器、光柵尺、磁柵尺等類統(tǒng)。 SIEMENS公司的810D、840D、840C系統(tǒng)和型。目前的數(shù)控系統(tǒng)常用編碼器、直線光柵尺作為 FANUC公司的18、16系統(tǒng)是應(yīng)用于高端設(shè)備的高位置傳感器。性能數(shù)控系統(tǒng)。上海電氣集團中央研究院研發(fā)的數(shù)字化測量方式有伺服電動機內(nèi)裝編碼器的半SE303系統(tǒng),是新一代開放式數(shù)控系統(tǒng)。閉環(huán)測量方式,及外裝數(shù)字式測量器件的全閉環(huán)測2.5應(yīng)用新技術(shù)提升機床的功能量方式。外裝數(shù)字式測量器件需要考慮彈性聯(lián)軸對于現(xiàn)代制造工廠來說除了要提高機床的數(shù)節(jié)、安裝卡子、電纜走線方向及長度等問題,如直線控化率之外還要使所擁有的數(shù)控機床具有雙向高光柵尺還需考慮定尺、動尺的安裝基礎(chǔ)配合、安裝精速的聯(lián)網(wǎng)通信功能,以保證信息流在車間數(shù)控機床度、溫度等影響。其他類型傳感器可釆用新型總線之間及車間數(shù)控機床與監(jiān)控、編程中心之間通信暢連接的測量裝置,這些新開發(fā)的接口裝置可以很方通無阻便地將傳感器與數(shù)控系統(tǒng)連接起來。監(jiān)控中心可同時對不同點的機床進行實時監(jiān)2.3采用先進的數(shù)字化交直流傳動裝置測,發(fā)現(xiàn)故障隱患,及時傳遞給維修人員。編程中心進給驅(qū)動裝置和主軸驅(qū)動裝置是數(shù)控機床的重可對每臺機床傳輸零件程序,實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理。制要組成部分。驅(qū)動裝置向數(shù)字化方向發(fā)展是為了適造信息(輸入輸出信號)全部實現(xiàn)數(shù)字化通過網(wǎng)應(yīng)高速、高精度機械加工的需要。絡(luò)的傳輸可以完成整個CAD/CAM數(shù)控加工過程。進給交流伺服裝置中的電流環(huán)速度環(huán)、位置環(huán)如產(chǎn)品CAD數(shù)據(jù)經(jīng)過模擬運行后即可直接傳送給的反饋控制全部數(shù)字化裝置的控制模型和動態(tài)補數(shù)控機床完成加工償均由高速微處理器及其控制軟件進行實時處理,機床網(wǎng)絡(luò)化管理系統(tǒng)示意圖如圖1所示。采用前饋與反饋結(jié)合的復(fù)合控制實現(xiàn)高精度和高速車間上位機度主軸驅(qū)動裝置的數(shù)字化使主軸控制性能達到最佳化,速度調(diào)節(jié)更加穩(wěn)定,在斷續(xù)負(fù)載下電動機轉(zhuǎn)速通信總線波動小,并提高了主軸定位控制時系統(tǒng)的剛性和精度。智能化數(shù)控系統(tǒng)的主軸交流驅(qū)動和進給伺服裝置能自動識別負(fù)載,并自動優(yōu)化參數(shù)調(diào)整提高了驅(qū)動性能減少了調(diào)試時間。24選用合適的數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)有開環(huán)控制、半閉環(huán)控制和全閉環(huán)控車間加工機床制。根據(jù)機床類型有高性價比的二軸控制的車床數(shù)車間加工機床控系統(tǒng)和三軸控制的鏜銑床數(shù)控系統(tǒng),也有用于帶圖1機床網(wǎng)絡(luò)化管理系統(tǒng)示意圖刀庫的車削加工中心、復(fù)雜的多軸聯(lián)動加工中心的高性能數(shù)控系統(tǒng)。新技術(shù)的不斷開發(fā)應(yīng)用,使得數(shù)3數(shù)控化改造的優(yōu)點控系統(tǒng)在控制性能上向智能化發(fā)展,現(xiàn)在數(shù)控系統(tǒng)3.1投資少、交貨期短具有自動編程、前饋控制、模糊控制、自適應(yīng)控制、刀數(shù)控機床設(shè)備通常都由機械系統(tǒng)液壓系統(tǒng)、電具補償?shù)裙δ?而且人機界面友好,具有PC邏輯氣控制系統(tǒng)及測量系統(tǒng)等組成。其中電氣控制系統(tǒng)圖顯示智能故障診斷、智能故障監(jiān)控等更完善功的壽命大大短于機械與液壓系統(tǒng),一些機床的工藝能及材料較好,使得部分機床設(shè)備在使用了二三十年可根據(jù)機床的具體功能要求選擇相應(yīng)的數(shù)控系后,V中國煤化工。從價值角度來統(tǒng)。在國內(nèi)市場占有率較高的數(shù)控系統(tǒng)有SIE-說CNMHG大于電氣控制系MENS、 FANUC等進口品牌。 SIEMENS公司的統(tǒng)。因此,花少量的投資利用最新電氣控制系統(tǒng)對802S、802C、802D系統(tǒng)和 FANUC公司的021系統(tǒng),舊設(shè)備或二手設(shè)備進行電氣系統(tǒng)改造,一方面可提定世界(2008-8)機床數(shù)控系統(tǒng)專題高原機床的功能與技術(shù)水平,另一方面可提高機床4.1用 SIEMENS810M840D改造CBFK130/2加工精度、可靠性和可維修性,使機床獲得再生。從加工中心而提高企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量,降低成本,增強企業(yè)參與市場甘肅省某廠于1993年引進了德國UNON公司競爭的能力CBFK130/2加工中心。該設(shè)備屬大中型加工中心同購置新機床相比,采用改造方法的成本將大伺服軸加工范圍X軸為2000mm,Y軸為1250大降低,一般可節(jié)省60%~80%的費用,交貨期也mm,Z軸為800mm,W軸為400m,B軸為360°旋可大大縮短。特別是對于大型機床,其改造費用只轉(zhuǎn)工作臺。X、Y、Z軸由3臺36N·m交流伺服電是新機床購置費用的30%左右。但有些特殊情況,動機驅(qū)動W、B軸由2臺18N·m的交流伺服電動如高速主軸、托盤自動交換裝置的制作與安裝,由于機驅(qū)動。主軸采用了ABB400直流調(diào)速裝置進行控這些裝置過于費工費錢往往改造成本會提高2~制。刀庫容量為60把刀,由液壓馬達控制機械裝置3倍,與購置新機床相比,只能節(jié)省投資費用50%左自動換刀。該設(shè)備由于電氣和機械安裝調(diào)試不當(dāng)?shù)扔以蛑率箼C床一直未能正常使用。3.2機械性能穩(wěn)定可靠該廠199年委托我中心用 SIEMENS810數(shù)控所利用的原機床床身、立柱等基礎(chǔ)件都是重而系統(tǒng)進行電氣改造。當(dāng)時國內(nèi)一共引進了4臺堅固的鑄造構(gòu)件,而不是那種焊接構(gòu)件,改造后的機CBFK130/2加工中心,另1臺江蘇省某廠的加工中床性能好質(zhì)量高,可以作為新設(shè)備繼續(xù)使用多年。心也于2004年底由我中心用 SIEMENS840D改造但是受到原來機械結(jié)構(gòu)的限制,不宜做突破性的改成功。目前這2臺設(shè)備都運行良好,達到加工精度造要求。3.3熟悉了解設(shè)備、便于操作維修4.2用 SIEMENS840D改造龍門銑床購買的新設(shè)備,由于不熟悉,所以需要重新學(xué)某單位F4000-12龍門銑床是20世紀(jì)70年習(xí)、適應(yīng)后,才能使用,而且是否能滿足加工要求也代末從德國引進的大型普通機床,可加工上百噸的不一定清楚。大型構(gòu)件,當(dāng)時主要用于生產(chǎn)大型船用柴油發(fā)動機改造的設(shè)備則不然,可以精確地計算出機床的箱體。該機床只完成能銑平面斜面、鏜孔等簡單操加工能力;另外,由于多年使用操作者對機床的特作已無法滿足當(dāng)今復(fù)雜零部件的加工要求;且機床性早已了解,在操作使用和維修方面培訓(xùn)時間短、見經(jīng)多年運行,電氣設(shè)備老化嚴(yán)重,故障不斷。因此,效快。改造的機床安裝完畢后,就可以實現(xiàn)全負(fù)荷決定對該機床進行數(shù)控改造,以適應(yīng)發(fā)展生產(chǎn)的需運轉(zhuǎn)。要34可充分利用現(xiàn)有的條件FZ4000-12龍門銑床工作臺面寬4m、長12可以充分利用現(xiàn)有地基,不需要像購入新設(shè)備m。X軸導(dǎo)軌長26m、Y軸導(dǎo)軌長6m、Z軸導(dǎo)軌長1時那樣重新構(gòu)筑地基。m。橫梁W軸可上下升降4.5m。機床主軸直流電3.5可以采用最新的控制技術(shù)動機功率80kW,橫梁直流電動機功率20kW。用可根據(jù)技術(shù)革新的發(fā)展速度,及時地提高生產(chǎn)于潤滑、液壓、回流油輸送、軸夾緊、通風(fēng)、刀具裝卸設(shè)備的自動化水平和效率等交流電動機26臺。Y、Z軸為滾珠絲桿傳動精度較高。絲桿到電動機之間有減速齒輪箱。經(jīng)檢測4數(shù)控改造幾個實例齒輪間隙較大,由此原因引起的軸反向運轉(zhuǎn)間隙有上海電氣數(shù)控技術(shù)應(yīng)用中心專門從事各類進口0.5mm,如不修正將影響加工精度。Y、Z軸導(dǎo)軌有和國產(chǎn)大型機床電控裝置的改造、配套及相應(yīng)的研液壓夾緊裝置,當(dāng)銑切加工時,夾緊不移動的加工制工作。自20世紀(jì)90年代開始,充分運用當(dāng)今最軸防止軸走動影響加工。X軸為靜壓導(dǎo)軌,蝸輪副先進的數(shù)控系統(tǒng)、直流傳動數(shù)顯、可編程序控制器,傳動。已成功改造各類大型機床(如:加工中心、鏜銑床、中國煤化工機床機械結(jié)構(gòu)作立車、龍門銑、滾齒機、臥車、龍門刨)以及各類專用大改CNMHG部分預(yù)算約200機床數(shù)百臺。萬元),二是改動后雙果個確足。因此經(jīng)多次調(diào)研現(xiàn)列舉幾個典型改造實例如下。后決定采用機械調(diào)整配合電氣改造的方式,以達到世零(2008-8)395機床數(shù)控系統(tǒng)專題見效快費用低的目的。機床設(shè)計為龍門式結(jié)構(gòu),龍門架寬6m,龍門架為了使改造的機床性能較優(yōu),電氣上廢除原機由2臺伺服電動機驅(qū)動機械為無隙雙齒輪、直線滾床所有的控制裝置選用先進的 SIEMENS840D數(shù)珠導(dǎo)軌傳動結(jié)構(gòu)。龍門架上有4臺可以上下左右移控系統(tǒng)和數(shù)字式交流伺服驅(qū)動裝置,X軸為140N動的鉆機機械傳動為滾珠絲桿結(jié)構(gòu),共用10臺伺m伺服電動機、Y軸為36N·m伺服電動機、Z軸服電動機,4臺主軸電動機。分別為龍門架前后移為18N·m伺服電動機。保留主軸、橫梁W軸升降動的X軸位置檢測為2套光柵尺全閉環(huán);龍門架直流電動機,采用 SIEMENS S7-300 PLC D/A(數(shù)上鉆機左右移動的Y、A、B、C四個Y方向軸位置模轉(zhuǎn)換)模塊輸出指令值,2套歐陸590直流調(diào)速裝檢測為共用1套光柵尺全閉環(huán);龍門架上鉆機上下置驅(qū)動。保留用于液壓、潤滑、電氣輔助控制等用移動的Z、U、V、W四個Z方向軸位置檢測均為電途的26臺交流電動機,并作必要的整修。動機編碼器半閉環(huán),以及S1,S2、S3S4四個主軸。機床控制程序編制及機床電氣參數(shù)設(shè)置兼顧配原機床電氣柜安裝在龍門架上,機床長期運行合機械調(diào)整。機械上調(diào)整滾珠絲桿副配合調(diào)整齒產(chǎn)生震動影響正常工作改造方案將電氣控制柜移輪間隙,將間隙反向間隙減小至可用電氣補償?shù)姆兜綑C床外。選用了當(dāng)時非常先進的美國AB公司圍內(nèi)。由于數(shù)控機床加工工件需要三軸聯(lián)動故廢除9290數(shù)控系統(tǒng)這也是該數(shù)控系統(tǒng)國內(nèi)首次引進使原軸夾緊功能,重新設(shè)計、制作一套液壓裝置使Y、用。Z軸導(dǎo)軌始終工作于預(yù)夾緊狀態(tài),導(dǎo)軌面間即無間美國AB公司92090數(shù)控系統(tǒng)為雙32位CPU隙,又能正常運動,保證加工精度。X軸的靜壓經(jīng)整運行速度快,主機與高密度LO模塊、機床控制面修使工作臺面正常浮起,蝸輪傳動副調(diào)整至電氣補板、外部手輪等部件用光纜通信。光纜通信布線簡償范圍內(nèi)。編寫報警文本,對ⅹ軸靜壓16個點、液單通信速度快,通信距離長,抗干擾能力強。X軸壓站12個點及限位、液壓、油位等幾十個接近開關(guān)為雙伺服電動機同步平衡驅(qū)動,系統(tǒng)實時檢測2個進行實時檢測,故障點以文字形式顯示在屏幕上維閉環(huán)光柵尺位置值及時修正出現(xiàn)的偏差保護機床修人員根據(jù)提示及時修理,使機床能保持正常工作龍門架不產(chǎn)生扭曲。10個伺服軸及主軸可同時運狀態(tài)行,根據(jù)加工程序指令互相協(xié)調(diào)工作。改造完成后機床運行良好,零件的加工速度、5結(jié)語精度等方面都有了很大的提高。4.3用AB9290數(shù)控系統(tǒng)改造四軸數(shù)控機床考慮到我國裝備制造業(yè)機強電弱加工機械的某廠一臺英國制造的四軸數(shù)控機床為二手設(shè)機械部分壽命遠長于電氣部分壽命等因素利用先備,主要用于發(fā)電設(shè)備大中型冷卻塔的多層隔板鉆進的數(shù)控系統(tǒng)對老式進口機床或國產(chǎn)普通機床進行孔(每塊隔板要鉆上萬個孔,上萬根水管穿過每塊數(shù)字化改造是一種切實可行的方法,可達到減少投隔板組成一個冷卻塔),對鉆孔的位置精度要求相資加快進度、保障服務(wù)的目的使這些老式機床滿當(dāng)高。當(dāng)時設(shè)備引進安裝后由于數(shù)控裝置故障多,足先進加工工藝和加工精度的要求。不能正常運行,決定進行數(shù)控電氣改造。(2080326收到稿件)(編抨志皓)十:閩耀通用導(dǎo)電(力合國國圖沉爵導(dǎo)電膏是國家規(guī)范要求在母排搭接面使用的新材料,可替代導(dǎo)電連接接觸面?zhèn)鹘y(tǒng)處理工藝和過渡接頭。閥耀通用導(dǎo)各種干式變壓器(1~600kⅤA)電膏工藝簡單,使用方便,耐溫抗搴,無污染,壽命長,是電氣設(shè)備安全運行的保護神。各種環(huán)氧變壓器(30~1600kVA)燥太頭題3各種平次/遺線電抗器(5-2000止導(dǎo)電接頭燒損、腐蝕降溫升(可降25%-75%)●本企業(yè)通過O900認(rèn)誣,被批準(zhǔn)為“全國電網(wǎng)建設(shè)與改造各種空范/濾波電抗器所需產(chǎn)品選型選廠推介企業(yè)”,分別獲省、市級“安全、質(zhì)量三優(yōu)企業(yè)”和”守合同重香信用單位”等榮譽中國煤化業(yè)有限公司CNMH傳真e420472電話:(經(jīng)囊)0591-8731東路1652號網(wǎng)址:www億my.com中文域名:導(dǎo)電膏cn(導(dǎo)電膏/ww, Long4|396定世零(2008-8)