G50T 數控臥式鏜銑床改造

楊兆平

（陜西凌云電器集團有限公司，陜西寶雞721006）

1 設備概述

G50-T 是美國吉丁斯& 路易斯公司98 年出廠的臥式數控加工中心。 該機床擁有四軸四聯動機能的臥式加工設備，數控系統部分基本配置為吉丁斯& 路易斯公司NumeriPath 8000 開放式數控系統，內置PLC 模塊； 伺服軸X、Y、Z、W 各軸為AB1391 交流伺服驅動單元，X、Y、W 軸由感應同步器實現位置的全閉環控制； 主軸選用的西門子611A 的驅動單元；可實現主軸五檔無級變速及分度控制機能；獨立的液壓油冷卻循環系統；各軸集中潤滑系統。

機床主要技術參數：（略）

2 改造方案選擇

通過對原機床功能分析，按照性價比最優原則，本改造項目，我們采用了德國原裝SIEMENS 全數字SINUMERIK 840D powerline 數控系統。 該數控系統是西門子公司研制的一款高檔數控系統，該數控系統適用于所有數控場合，10 個加工通道，從2 軸到31 軸控制，具有3D插補、螺旋線插補、鉆削和銑削循環加工、圖形與坐標編程、圖形仿真、螺紋轉速進給功能以及刀具半徑和長度補償、絲杠螺距和齒輪間隙補償等功能。 其數控及驅動接口信號完全數字量， 人機界面建立在Flexos 基礎上，更易操作和掌握。該系統提供了一種基于PC 的控制概念，系統具有高度的軟硬件開放性，完全滿足設備改造要求。

改造系統主要配置及功能：

2.1 數控控制單元NCU 配置Intel -650MHz 處理器，用以實現10 方式組/10 通道工作方式加工，控制31 個進給軸/數字主軸。CNC 零件程序內存最大可擴至2.5MB。

2.2 人機通訊模塊配置為PCU 50.3： 具有內置接口， 可以通過以太網、MPI 和PROFIBUS DP 進行通訊，它留出集成的空槽給其它卡件。設備后面的USB 口為標準的PC 鍵盤和鼠標提供“即插即用”的功能。PCU 50 配備Windows XP ProEmbSys 操作系統，通過Ghost 6 數據備份軟件對于備份和恢復數據。

2.3 操作面板為OP012： 面板帶一個分辨率為800×600 像素（VGA）的12.1" TFT 彩色顯示器，一個59 鍵的薄膜式鍵盤，2×（8+2） 水平和2×8 個垂直自定義功能鍵。 集成鼠標，提供機床附加的控制方法。

2.4 機床控制面板為全新設計的SINUMERIK MCP 483C 機床控制面板，規格19”，可以與用戶友好地實現機床功能操作。它適用于銑床、車床、特種機床以及專用機床的操作。所有按鍵都配有可以更換的鍵帽，以適配機器，該鍵帽可以使用激光器任意標記。

2.5 系統配置了SIMATIC S7-300 系列模塊化PLC及軟件，通過IM361 接口模塊與NCU572.5 控制單元連接，實現機床的順序控制。

3 數控系統改造安裝

3.1 拆除原機床的AB 8400 數控系統， 包括CNC，PLC。

3.2 拆除原X、Y、Z、W 軸的伺服驅動器和伺服電機。

3.3 拆除原機床的所有低壓電氣元件。

3.4 拆除原機床的限位開關、行程開關、換擋開關、油路檢測開關。

3.5 拆除原機床的所有電線電纜及防護軟管。

3.6 拆除液壓部分的損壞件、缺損件和失去功能件。

3.7 保持原機床的全閉環控制方式不變。 拆除原機床X、Y、W 軸的感應同步器。 換裝德國海德漢HEIDENHAIN 原裝增量式直線光柵， 型號：LS187C；精度：0.005mm。

3.8 為了避免冷卻液噴霧對光柵尺的污染，加裝海德漢HEIDENHAIN原裝DA300 壓縮空氣裝置，包括壓縮空氣軟管，集流排和可用于四根光柵尺的節流閥接頭。 允許壓力在0.6～1bar 之間，壓縮空氣必須經過內置節流閥（在光柵尺中內置）的接頭進行連接。 從而使防護等級由IP53 級達到IP64 級。

3.9 伺服驅動器： X、Y、Z、W 進給軸和SP 主軸全部采用西門子全數字SIMODRIVE 611D 交流伺服驅動系統。 包含：驅動電源模塊、過電壓限制模塊、驅動模塊、功率模塊、數字接口的控制單元。

3.10 更換進給軸X/Y/Z/W 電機為西門子公司最新推出的高性能的交流同步伺服電機1FT7 系列，進給電機端內置的海德漢HEIDENHAIN光電式旋轉編碼器反饋電流、速度信號，和海德漢光柵尺位置反饋一起構成機床的X、Y、W 軸全閉環控制方式。Y 軸電機配電磁抱閘，確保掉電時，主軸自鎖不會下墜。 主軸采用西門子1PH7 交流感應伺服電機。 參數如下：

X 軸：1FT6105-1AC71(50NM/2000RPM)電；Y 軸：1FT6105-1AC71(50NM/2000RPM，帶電磁抱閘)；Z 軸：1FT6105-1AC71(50NM/2000RPM)；W 軸：1FT6105-1AC71(50NM/2000RPM)；主軸：1PH7163-2NF03；30kw～45kw/1500RPM。

3.11 更換主軸電機為西門子交流永磁感應電機1PH7 系列， 額定功率30kw，最大功率45kw（S6-40%）。

3.12 原機床主軸采用的是外裝位置編碼器檢測定位，換裝西門子增量式光電編碼器，sin/cos 1Vpp 信號，編碼器線數5000 線。保證主軸的任意角度準停的精度。通過主軸電動機內置安裝的位置編碼器或在機床主軸箱上安裝一個與主軸1：1 同步旋轉的位置編碼器來實現準停控制，準停角度可以360°任意設定。

3.13 重新編制機床的換擋程序，確保能自動識別加工程序中的S 指令，實現換擋功能。

3.14 增裝德國西門子原裝MINI 手持單元，帶軸選擇和倍率選擇，方便操作者對刀和移動調整坐標。 防護等級：IP65。

綜合加工精度檢驗試件圖

4 系統調試

系統調試是該機床改造過程中的一個重要環節，也是一項相對復雜的系統工程，調試按如下步驟進行：

4.1 CNC 系統功能檢查及調試，主要包括CNC 系統硬件工作狀態檢查、主軸驅動系統通訊功能的調試檢查、數字伺服系統初始化等

4.2 PLC 編程調試， 此部分工作的核心是必須完全了解機原機床邏輯控制，通過對PLC 編程保證與原機床邏輯控制相符

4.3 機床各坐標軸的控制調試

4.3.1 在開環狀態下， 用手動方式分別對4 個坐標軸進行移動測試，觀察運行平穩情況；

4.3.2 在閉環狀態下，用手動方式分別移動各坐標軸，修改有關參數，使面板顯示數值與方向與實際相符；

4.3.3 在手動方式下，對機床軟極限參數進行調整。

4.4 設置機床參數及功能代碼， 包括對各坐標軸滾珠絲桿的誤差進行補償、設置各坐標軸參考點及機床零點等；

5 小結

G50T 數控臥式鏜銑床通過數控改造，恢復了設備功能，按照綜合加工精度檢驗試件的要求（如圖所示），該設備按程序安排進行了∮50中心孔的鏜削、350x350 正方形四周銑削、230x230 斜正方形四周銑削、∮220 外圓銑削、3°斜面銑削以及4 組臺階坐標孔的鏜削，試件加工完成后通過三坐標測量機檢測，各尺寸和形位公差全部達到了公差允許范圍，經過近半年時間的滿負荷運行，系統穩定可靠，收到了機床改造的預期目標。