進(jìn)口RAM630臥式加工中心電氣改造

陸偉紅

(蘇州蘇福馬機(jī)械有限公司，江蘇 蘇州 215011)

一、概述

1.RAM630臥式加工中心的特點(diǎn)

(1)機(jī)床采用整體立柱和基座鑄件，堅(jiān)固緊湊，可用三點(diǎn)定水平。不需要復(fù)雜的地基，可快速安裝或移動(dòng)。

(2)定位旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)(B軸)可往復(fù)運(yùn)動(dòng)(X軸)、主軸箱在立柱間上下運(yùn)動(dòng)(Y軸)?；碓谥鬏S箱中的進(jìn)出運(yùn)動(dòng)則為Z軸。X、Y和Z軸的快速運(yùn)動(dòng)速率可達(dá)38m/min；速度從0加速至快速所需時(shí)間小于15s。

(3)托盤交換機(jī)構(gòu)允許一個(gè)托盤裝卸工件的同時(shí)另一個(gè)托盤執(zhí)行切削。換刀機(jī)構(gòu)可以預(yù)選刀具從而加快換刀時(shí)間，刀庫(kù)的標(biāo)準(zhǔn)容量為40把。

(4)用西門子主軸電機(jī)裝在滑枕內(nèi)，它直接用雙速齒輪箱與主軸相連接。

(5)機(jī)床采用NumeriPath 8000H數(shù)控系統(tǒng)，是基于OS/2操作系統(tǒng)以多微處理器為基礎(chǔ)帶有智能操作站的面向任務(wù)的控制系統(tǒng)。有很多先進(jìn)的功能，如5軸聯(lián)動(dòng)、一型和二型程序代碼、用戶宏程序、加工過(guò)程中的測(cè)頭測(cè)量和自適應(yīng)控制等。當(dāng)接通電源時(shí)，可對(duì)各印刷電路板進(jìn)行檢查和試驗(yàn)。

2.控制系統(tǒng)的構(gòu)成

8000H采用兩種不同的總線結(jié)構(gòu)：主總線(多總線)和板上局部總線?？稍试S主控制部?jī)?nèi)各板進(jìn)行通信。主控制部通過(guò)1MHzRS-485串行接口和操作站實(shí)現(xiàn)通信，通過(guò)光纖接口和I/O部實(shí)現(xiàn)通信。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

此機(jī)床在國(guó)內(nèi)數(shù)量較少，且機(jī)床控制系統(tǒng)的整體可靠性差，出現(xiàn)故障后多數(shù)由于缺少經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)及備件等原因，機(jī)床停機(jī)維修時(shí)間較長(zhǎng)，非常有必要進(jìn)行電氣改造。

二、控制系統(tǒng)的改造方案及設(shè)計(jì)

1.技術(shù)方案的準(zhǔn)備

對(duì)機(jī)床全面檢查，發(fā)現(xiàn)機(jī)床的幾何精度需重新調(diào)校，機(jī)械傳動(dòng)鏈及絲杠、導(dǎo)軌的狀況較好，無(wú)重大故障，針對(duì)原8000H控制系統(tǒng)可靠性差的問(wèn)題，在詳細(xì)比較了原機(jī)床的電氣配置后，最終選擇西門子840DSL系統(tǒng)進(jìn)行更新改造。

2.西門子840DSL CNC系統(tǒng)構(gòu)成

(1)系統(tǒng)主機(jī)為PCU50；集成MCI2-BOARD；中文顯示；USB接口；配西門子軟盤驅(qū)動(dòng)器。

(2)配OP010 10.4″TFT彩色液晶顯示器和操作面板；配19″MCP機(jī)床控制面板，帶主軸和進(jìn)給倍率開關(guān)。

(3)配2塊ADI4模塊，每個(gè)模塊可連接多軸控制輸出和多路編碼器(光柵尺)輸入。

(4)配MCI插件板，可連接手輪；配1臺(tái)西門子Mini帶電子手輪的手持單元，帶軸選擇開關(guān)、倍率開關(guān)和3m延長(zhǎng)線，安裝在控制按鈕站上，方便操作人員進(jìn)行對(duì)刀操作。

(5)保留機(jī)床X、Y、Z、B、SP、W(刀庫(kù))軸、5臺(tái)交流伺服電機(jī)和西門子6SN1123伺服驅(qū)動(dòng)器；保留原機(jī)床機(jī)械手T(伸進(jìn)出)軸和R(旋轉(zhuǎn))軸；840DSL CNC系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)器采用模擬接口連接控制。

(6)保留機(jī)床各軸光柵尺，根據(jù)需要增加信號(hào)轉(zhuǎn)換器和電纜，以適應(yīng)840DSL系統(tǒng)ADI4反饋接口。

(7)保留機(jī)床刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)和西門子驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)通過(guò)AD14與數(shù)控系統(tǒng)連接，恢復(fù)刀庫(kù)控制和管理功能，實(shí)現(xiàn)刀庫(kù)自動(dòng)找刀、定位，利用數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)就近選刀功能。

(8)保留機(jī)械手的伸出(T軸)和旋轉(zhuǎn)(R軸)伺服馬達(dá)和控制器，通過(guò)西門子數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)刀具換刀功能。

(9)利用S7-300PLC可編程序控制器，配置128 INPUT/96 OUT點(diǎn)，PROFI-BUS總線連接，實(shí)現(xiàn)機(jī)床的所有邏輯順序控制任務(wù)，包括：主軸換擋、油泵、潤(rùn)滑、夾緊放松、機(jī)械手運(yùn)動(dòng)、工作臺(tái)交換、冷卻、排削、控制電源、外部保護(hù)等控制。

(10)數(shù)控系統(tǒng)及進(jìn)給驅(qū)動(dòng)部分加裝交流電抗器和隔離變壓器，保證所有裝置接地良好。

3.系統(tǒng)連接

840DSL系統(tǒng)連接示意圖如圖2所示。

4.軟件設(shè)計(jì)

(1)左右托盤交換子程序如下：

N1000 IF$P_CHANNO==1 GOTO CH1

N1010 IF$P_CHANN0==2 GOTO CH2

N1020 GOTO CHER

N1030 CH1:M80

N1040 IF$A_IN[4]==TRUE

N1050 SBLON

N1060 ENDIF

N1070 IF$P_ISTEST==TRUE GOTO PFIN1

N1080 IF$P_SEARCH==TRUE GOTO PFIN2

N1090 STOPRE

N1100 IF$A_IN[1]==FALSE GOTO NREF

N1110 STOPRE

N1120 IF$A_IN[2]==FALSE GOTO PPLT2

N1130 STOPRE

N1140 IF$A_IN[3]==TRUE GOTO GPLT3

N1150 MSG(“托盤已經(jīng)存在于工作臺(tái)上！”)

N1160 G4F3

N1170 MSG()

N1180 GOTO FIN

N1190 PPLT2:

N1200 REBOSUN_PUTPT2

N1210 GPLT3

N1220 PLTWW:

N1230 IF$A_IN[8]==FALSE

N1240 GOTO PLTWW

N1250 ENDIF

N1260 M73

N1270 REBOSUN_GETPT3

N1280 GOTO FIN

(2)機(jī)床報(bào)警的設(shè)計(jì)。

①對(duì)數(shù)據(jù)通道DB2從510000～520300進(jìn)行PLC報(bào)警信息定義。部分如下：

510000 1 0 “通道1刀具號(hào)碼T編程錯(cuò)誤，刀號(hào)不能大于總刀數(shù)40！”

510100 0 0 “X 軸沒(méi)有回零，循環(huán)啟動(dòng)被禁止”

510101 0 0 “Y 軸沒(méi)有回零，循環(huán)啟動(dòng)被禁止”

510102 0 0 “Z 軸沒(méi)有回零，循環(huán)啟動(dòng)被禁止”

510103 0 0 “B 軸沒(méi)有回零，循環(huán)啟動(dòng)被禁止”

510104 0 0 “SP軸沒(méi)有回零，循環(huán)啟動(dòng)被禁止”

510105 0 0 “W 軸沒(méi)有回零，循環(huán)啟動(dòng)被禁止”

510106 0 0 “T軸沒(méi)有回零，循環(huán)啟動(dòng)被禁止”

510107 0 0 “R 軸沒(méi)有回零，循環(huán)啟動(dòng)被禁止”

510108 0 0 “左交換托盤需要回參考點(diǎn)，NC啟動(dòng)禁止”

510109 0 0 “右交換托盤需要回參考點(diǎn)，NC啟動(dòng)禁止”

②對(duì)于沒(méi)有伴隨動(dòng)作，用戶自定義區(qū)域數(shù)據(jù)通道DB2從700000～702463，定義一些報(bào)警停息，以便使用和維修，快速查找故障原因。部分如下：

700000 0 0 “液壓電機(jī)過(guò)載，NC停止”

700001 0 0 “液壓壓力低，NC啟動(dòng)禁止”

700002 0 0 “液壓油位低，NC啟動(dòng)禁止”

700003 1 0 “液壓過(guò)濾器堵塞”

700004 0 0 “液壓油溫度過(guò)高，NC啟動(dòng)禁止”

700005 1 0 “機(jī)床空壓低，系統(tǒng)急停”

700006 1 0 “潤(rùn)滑壓力低”

700007 0 0 “潤(rùn)滑箱油面低”

700008 0 0 “潤(rùn)滑過(guò)濾器堵塞”

700009 0 0 “機(jī)床空壓低，系統(tǒng)急?！?/p>

三、結(jié)論

美國(guó)產(chǎn)臥式加工中心普遍存在技術(shù)功能復(fù)雜、性能先進(jìn)、機(jī)床精度較高，而數(shù)控系統(tǒng)因自行設(shè)計(jì)制造，通用性不強(qiáng)等特點(diǎn)。在國(guó)內(nèi)用戶較少的情況下，維修比較困難，通過(guò)對(duì)此類進(jìn)口設(shè)備的電氣改造，為以通用數(shù)控替代專用控制系統(tǒng)積累了一定的改造經(jīng)驗(yàn)。