1 設(shè)備現(xiàn)狀及改造必要性

　　隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,電氣設(shè)備制造行業(yè)的復(fù)蘇,擁有高精尖的數(shù)控設(shè)備對(duì)企業(yè)市場(chǎng)份額的占有起著重要的作用,但如何發(fā)揮老設(shè)備的作用同樣是極其重要的,對(duì)老設(shè)備進(jìn)行可行性的數(shù)字化和數(shù)控化改造,是一條投資少,見效快的有效途徑。近年來(lái),隨著國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)逐漸成熟,國(guó)內(nèi)占有率逐年加大,系統(tǒng)的穩(wěn)定性逐年提高,而且性價(jià)比非常合理,最終我們選用了國(guó)產(chǎn)的大連大森數(shù)控系統(tǒng)。N088臥式車床是我公司一臺(tái)老式數(shù)控機(jī)床,已經(jīng)使用10多年,是軸料班的關(guān)鍵設(shè)備。設(shè)備絲杠、導(dǎo)軌和主軸精度良好,但由于電氣系統(tǒng)故障頻繁,造成設(shè)備在近年無(wú)法長(zhǎng)期正常使用,因此必須對(duì)設(shè)備電氣系統(tǒng)做必要的改造。

　　該設(shè)備為標(biāo)準(zhǔn)的臥式車床,有兩個(gè)進(jìn)給伺服軸和一個(gè)機(jī)械換擋調(diào)速主軸,伺服軸為X軸和Z軸。刀架為煙臺(tái)環(huán)球產(chǎn)的8工位臥式電動(dòng)刀架。

2 改造方案設(shè)計(jì)

　　對(duì)老舊設(shè)備的改造通常的做法是選用相應(yīng)規(guī)格的驅(qū)動(dòng)裝置以控制電機(jī)的啟停運(yùn)轉(zhuǎn),使用PLC(可編程控制器)作為設(shè)備的控制核心,這是一種有效的電氣改造方法。因此在對(duì)N088的改造方案確定后,針對(duì)設(shè)備主軸及機(jī)械精度良好的狀況,選擇好改造方案后對(duì)機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造。具體方案如下:

　　首先將原有數(shù)控系統(tǒng)拆除,對(duì)設(shè)備的X軸Z軸絲杠及電動(dòng)刀架進(jìn)行檢修處理,重新制作伺服電機(jī)連接盤,將SCG-10ADG伺服電機(jī)與機(jī)床鏈接固定好。大森數(shù)控系統(tǒng)裝機(jī),主要包括系統(tǒng)與主軸變頻器的連接,系統(tǒng)與I/O的連接,系統(tǒng)與伺服的連接等。硬件配盤完成后,進(jìn)行軟件編制(編制PLC梯形圖)來(lái)控制輔助功能動(dòng)作。反復(fù)調(diào)試PLC梯形圖程序,最后使動(dòng)作符合加工工藝要求。

　　2.1 大連大森3I-G數(shù)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介

　　(1)系統(tǒng)功能。大連大森3I-G數(shù)控系統(tǒng)是大森公司針對(duì)車床和銑床開發(fā)的中檔經(jīng)濟(jì)數(shù)控系統(tǒng),使用的是日本技術(shù),將CNC、PLC、HMI和PCMCIA接口高度集成在一塊控制單元中,控制單元是3I-G數(shù)控系統(tǒng)的核心,各種軟件程序和參數(shù)如NCK、PLC、MHI都存儲(chǔ)在控制單元的SROM中,用3.6伏電池保程。運(yùn)行軟件存儲(chǔ)在FROM中。系統(tǒng)各部件是通過(guò)BUS總線進(jìn)行連接和通訊的。大森3I-G系統(tǒng)屬于半閉環(huán)系統(tǒng),采用了32位處理器,具有標(biāo)準(zhǔn)的G、M、T指令代碼,系統(tǒng)分辨率為1um。系統(tǒng)最多可控制三個(gè)數(shù)字進(jìn)給軸和一個(gè)模擬主軸。(2)PLC部分。大森3I-G數(shù)控系統(tǒng)的電氣控制核心PLC部件集成于控制單元,外部的輸入輸出功能由I/O模塊完成,它具有2個(gè)50芯的插槽,包括64位數(shù)字量輸入和64位數(shù)字量輸出,PLC的編程軟件是WINDOWS XP軟件寫字板功能,用指令編輯梯形圖程序,保存后用PC卡傳入機(jī)器中,傳到數(shù)控系統(tǒng)中的梯形圖可在系統(tǒng)的顯示器上修改并存儲(chǔ),使用十分方便。(3)驅(qū)動(dòng)單元。大森3i-G數(shù)控系統(tǒng)使用的是DSAS-15UMC通用伺服驅(qū)動(dòng)單元,該單元采用DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)芯片,大大加快了數(shù)據(jù)的采集與處理速度。使用最新的功率器件IPM,使驅(qū)動(dòng)器體積大為減小,外觀簡(jiǎn)潔,結(jié)構(gòu)緊湊。它具有寬速比,恒轉(zhuǎn)矩,最高速度3000r/min,回轉(zhuǎn)定位精度為1/10000轉(zhuǎn)等。與之配套使用的電機(jī)是SCG系列的交流伺服電機(jī),參數(shù)為1.5KW 6NM,編碼器脈沖為2500線,信號(hào)是5V矩形脈沖,系統(tǒng)單元配備的接口模塊用于速度環(huán)和電流環(huán)及位置環(huán)的控制。系統(tǒng)控制單元可選控1個(gè)、2個(gè)、3個(gè)伺服軸。在本次對(duì)N088改造中,因?yàn)槭擒嚧菜赃x用2軸模塊加以控制,再配置一個(gè)模擬軸對(duì)主軸電機(jī)進(jìn)行控制。

　　2.2 大森3i-G數(shù)控系統(tǒng)連接原理框圖(圖1)

3 大森3i-G數(shù)控系統(tǒng)的調(diào)試

　　3.1 系統(tǒng)通電

　　在確定系統(tǒng)的聯(lián)接與供電部分正確無(wú)誤后,可以對(duì)系統(tǒng)控制單元、接口單元及伺服放大器控制回路供電,控制單元和接口供直流24V電壓,伺服部分供伺服變壓器輸出的三相交流200V電壓。三相交流380V電源直接為伺服變壓器原端,開關(guān)電源輸入側(cè)接單項(xiàng)220V電源供電。

　　(1)3i-G系統(tǒng)。開機(jī)后標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)床數(shù)據(jù)加載成功,系統(tǒng)進(jìn)入主畫面,顯示3i-G大畫面并提示現(xiàn)在沒(méi)有回原點(diǎn),接下來(lái)要進(jìn)行手動(dòng)回原點(diǎn)操作。(2)驅(qū)動(dòng)部分。經(jīng)三相伺服變壓器輸出的交流200V電壓,先取出一組單項(xiàng)電壓加在伺服控制回路,放大器的指示閃亮,待放大器內(nèi)檢正常的情況下,運(yùn)行指示燈亮,接觸器MC吸合驅(qū)動(dòng)部分正常投入。(3)接口部分。從開關(guān)電源側(cè)過(guò)來(lái)的直流24V電源,直接加到接口板的電源插座上,接口板上的指示燈閃亮,證明電源已正確投入。

　　3.2 PLC的調(diào)試

　　此系統(tǒng)的PLC集成在控制單元上,它的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)用戶完全開放,用XP系統(tǒng)的寫字板功能可以直接編譯梯形圖,用CF卡直接傳送的系統(tǒng)上,并在系統(tǒng)上任意編輯。它有基本命令17條,特殊命令2條,這些命令足以滿足對(duì)車床的改造。

　　現(xiàn)在舉例加以說(shuō)明:(1)急停信號(hào)的處理。當(dāng)機(jī)床或操作人員要發(fā)生安全事故時(shí),迅速按急停按鈕,急停信號(hào)起作用,切斷放大器電源、主軸傳動(dòng)及刀架尾座等回路。使機(jī)床立即停止。(2)各軸的回零操作。這套數(shù)控系統(tǒng)配的是增量編碼器,重新開機(jī)時(shí)需要作回參考點(diǎn)操作,使得機(jī)床的軟限位及機(jī)床坐標(biāo)系起作用。(3)輔助完成信號(hào)的處理。輔助功能完成(FIN)信號(hào)用于系統(tǒng)M、S、T功能動(dòng)作完成后發(fā)出控制指令,來(lái)控制接下來(lái)的動(dòng)作是否繼續(xù)。

　　3.3 NC參數(shù)設(shè)置說(shuō)明

　　完成對(duì)PLC程序的基本功能調(diào)試后,進(jìn)行對(duì)數(shù)控系統(tǒng)NC參數(shù)的設(shè)定,將系統(tǒng)設(shè)置成標(biāo)準(zhǔn)車床的模式。

　　(1)進(jìn)給軸參數(shù)。對(duì)于伺服進(jìn)給軸而言,即X和Z軸還需根據(jù)具體的電機(jī)信號(hào)和滾珠絲杠等因素設(shè)定如下參數(shù):①S020伺服控制方向設(shè)定;②S024位置增益選擇;③S120X軸移動(dòng)速度;④S122Z軸移動(dòng)速度;⑤S259刀具總數(shù)設(shè)定⑥S330X軸反向間隙補(bǔ)償量;⑦S332Z軸反向間隙補(bǔ)償量;⑧S700X方向電子齒輪比;⑨S702Z方向電子齒輪比。這些主要參數(shù)設(shè)定后,進(jìn)給軸參數(shù)配置基本完成。

　　(2)主軸參數(shù)。在N088機(jī)床的改造中,將主軸定義為帶編碼器反饋的模擬主軸(由參數(shù)18.7設(shè)定)。由系統(tǒng)的主軸通道攜帶,連接示意圖如下:(圖2)

　　將下列主軸的主要系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定完成,主軸功能得以完善。

　?、賁040主軸計(jì)數(shù)方向;②S043主軸速度到達(dá);③S270主軸功能選擇;④S280主軸每轉(zhuǎn)反饋脈沖數(shù);⑤S281主軸速度到達(dá)信號(hào)等待;⑥S820主軸最高轉(zhuǎn)速。

　　3.4 驅(qū)動(dòng)器參數(shù)的設(shè)置

　　開機(jī)初始化設(shè)定后,驅(qū)動(dòng)器內(nèi)調(diào)出標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)存入ROM區(qū),這些參數(shù)基本滿足設(shè)備的使用要求。如果驅(qū)動(dòng)電機(jī)有問(wèn)題時(shí),可以再適當(dāng)修改部分參數(shù)。如我們?cè)谡{(diào)試中發(fā)現(xiàn)伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)是抖動(dòng),我們?cè)囍{(diào)整5#(速度比例增益)和9#(位置比例增益)參數(shù),最終使得電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn),故障解除。

　　3.5 數(shù)據(jù)備份

　　大森3i-G數(shù)控系統(tǒng)提供兩種數(shù)據(jù)備份方式,一種是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可以通過(guò)RS232串口直接備份到個(gè)人計(jì)算機(jī)中。另一種是存儲(chǔ)卡插在系統(tǒng)主板的接口上,進(jìn)行參數(shù)的輸入輸出。第二種操作比較簡(jiǎn)單。

　　傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包含:系統(tǒng)參數(shù)、用戶程序、刀具補(bǔ)償、PLC應(yīng)用程序等。

　　存儲(chǔ)卡與現(xiàn)在流行的FANUC存儲(chǔ)卡是通用的,市場(chǎng)價(jià)格十分便宜,一般256M容量30元左右,而且很好用,很穩(wěn)定。備份下來(lái)的所有參數(shù)容量只有500K左右。

4 報(bào)警

　　大森3i-G數(shù)控系統(tǒng)為用戶提供了8個(gè)PLC用戶報(bào)警,地址分別是570—577,每個(gè)報(bào)警對(duì)應(yīng)一個(gè)報(bào)警地址,當(dāng)序列發(fā)生器輸入的時(shí)候,這個(gè)地址就有一個(gè)輸出信號(hào),信號(hào)可以去帶動(dòng)需要控制的通道,達(dá)到自己的目的。同時(shí)顯示器上還能顯示一個(gè)長(zhǎng)度為半角20字以內(nèi)的提示信息?，F(xiàn)舉例說(shuō)明。(圖3)

5 整機(jī)調(diào)試時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題

　　5.1 輔助電源接通后軸驅(qū)動(dòng)器ERR-9報(bào)警

　　驅(qū)動(dòng)器9號(hào)報(bào)警為編碼器故障,原因是鉗工裝配齒輪過(guò)程中,敲擊齒輪時(shí)震動(dòng)了光柵,導(dǎo)致編碼器出現(xiàn)錯(cuò)誤,重新調(diào)整編碼器后正常。

　　5.2 伺服單元出現(xiàn)13號(hào)報(bào)警

　　原因:機(jī)械負(fù)載過(guò)大。

　　解決:檢查軸承被帽、導(dǎo)軌楔鐵松緊度及絲杠平行度等。整機(jī)調(diào)試過(guò)程中還出現(xiàn)一些其他問(wèn)題,比如系統(tǒng)開機(jī)后顯示器顯示基本輸入輸出錯(cuò)誤,主軸轉(zhuǎn)速與實(shí)際不符,伺服進(jìn)給距離與實(shí)際指令不符,主軸編碼器硬件故障,伺服未準(zhǔn)備好等。經(jīng)過(guò)查閱系統(tǒng)說(shuō)明書及聯(lián)系廠家人員故障得到解決,使自身對(duì)本套系統(tǒng)的理解又提升了一步。

6 結(jié)語(yǔ)

　　通過(guò)應(yīng)用大森3i-G數(shù)控系統(tǒng)對(duì)NO88臥式車床的數(shù)控化改造后,設(shè)備的運(yùn)行狀況和加工能力均有大幅提高,而且對(duì)加工件產(chǎn)品質(zhì)量的控制能力也有一定的提升,我充分體會(huì)到應(yīng)用比較先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)對(duì)老設(shè)備改造,確實(shí)是一條提升老舊設(shè)備的有效途徑。同時(shí)使一臺(tái)幾乎廢掉的設(shè)備,重新找回它原有的價(jià)值。成功改造這臺(tái)數(shù)控車床后,對(duì)大森數(shù)控系統(tǒng)有了深入的了解,優(yōu)點(diǎn)方面本人覺(jué)得系統(tǒng)的穩(wěn)定性和操作性不比安川、三菱、FANUC等進(jìn)口大品牌差,維修人員反映故障率很低。缺點(diǎn)方面是伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的DC5V濾波小電容常有擊穿現(xiàn)象,原有電容工作電壓是25V的,更換耐壓50V的以后沒(méi)有再出現(xiàn)問(wèn)題。伺服驅(qū)動(dòng)器及伺服電機(jī)功率小,只適合6150型的臥式車床改造,大型的立式車床此系統(tǒng)就望塵莫及了。希望廠家早日推出大功率數(shù)控系統(tǒng)。