立式加工中心數控系統改造

孔雪峰 KONG Xue-feng；崔巍 CUI Wei；張少宏 ZHANG Shao-hong

（航宇救生裝備有限公司，襄陽 441003）

（AVIC Hangyu Life-saving Equipment Co.，Ltd.，Xiangyang 441003，China）

1 機床的狀態分析及目標設定

一臺辛辛那提機床公司Sabre1000三軸立式加工中心購置于1996年，采用VICKERS ACRAMATIC A2100數控系統。經過多年的使用，系統穩定性隨著時間變遷也越來越差，機床經常處于停機待修狀態，給生產帶來了較大影響。對機床精度進行預檢，發現機床直線軸幾何精度保持較好；機床主軸精度喪失，噪聲較大，需更換機床主軸軸承。基于此，決定對機床進行改造，以恢復其精度和功能。主要內容包括：電氣和控制系統全部更新；更換主軸軸承；增加自動集中潤滑系統。

2 機床機械部分的改造

首先拆卸工作臺、十字滑臺、主軸箱，布置安裝集中潤滑系統管路。機床的原主軸采用RHP X7014油霧潤滑軸承，軸承外圈有一圈環形油槽，不易買到。機床最高轉速為8000 rpm，查閱軸承技術手冊確認，現在采用脂潤滑軸承自然冷卻的主軸，最高轉速可達12000rpm，因此使用脂潤滑軸承也能穩定工作于8000 rpm，故選用NSK公司的7014A5TYNSULP4免維護脂潤滑軸承更換主軸原軸承，并對主軸進行動平衡試驗。然后安裝電機、工作臺、十字滑臺、主軸箱等，裝配過程中保證機床幾何精度達到或接近出廠精度標準。

3 數控系統和驅動裝置選用

3.1 選擇數控系統和驅動裝置的原則 首先是“夠用”的原則。主要考慮機床是用于精密加工還是普通加工，機床的聯動軸數是三軸、四軸還是更多，只有在這些信息的基礎上才能選擇合適的系統。比如BEIJING FANUC公司推出的0i-D系統支持四軸四聯動，是國內機床廠家使用很廣泛的一款數控系統，但該系統還有僅支持三軸三聯動的基本功能版本0i-Mate-D可供選擇。其次是“適用”的原則。主要從兩個方面考慮，一是設計人員是否熟悉該系統，熟悉的話，設計和以后的維護就相對簡單些。二是需考慮操作工人和編程人員是否熟悉該系統。最后還要注意一點，選定數控系統之后，還要注意其選項配置，哪些應該選，哪些可以不選需要根據實際情況認真考慮。某些選項能顯著提升系統的加工性能，但往往需要付出不菲的成本。

3.2 數控系統和驅動裝置的選擇 考慮到公司絕大部分數控機床配置的是FANUC數控系統，本次改造的機床用于一些較為復雜的鋁合金零件的精密加工，因此選擇FANUC 0i-MD數控系統。該款數控系統是FANUC公司在2008年左右推出的高可靠性、高性價比、高集成度的中檔數控系統。驅動裝置則選擇高速、高精度、高效率的αi系列智能型伺服系統。

4 系統連接和調試

4.1 硬件安裝和連接 在機床不通電的情況下，按照電氣設計圖紙將數控系統的CRT/MDI單元、伺服驅動器、I/O板、機床操作面板、電子手輪、伺服電機等硬件安裝到位，然后完成基本電纜連接，圖1是硬件總體連接框圖，詳細說明請參照《連接說明書（硬件篇）》。

4.2 調試準備 將所有硬件安裝連接好，機床電路安裝連接好后，就可以通電開機開始調試。在調試前還需要準備好相關說明書，包括數控系統《啟動手冊》、《系統參數說明書》、《連接說明書（功能篇）》等，其中《啟動手冊》是隨數控系統硬件一起提供的，它詳細介紹了初次調試系統時基本參數的設置方法，其它說明書需要單獨訂購。數控系統調試時還需要一臺電腦以及網絡通訊線，用于PMC程序編寫和上傳下載、系統參數備份等工作。

4.3 基本參數設置 FANUC 0i-MD系統可以通過顯示屏上的參數設定支援畫面進行基本參數設定，其目的一是通過在機床啟動時匯總需要最低限度設定的參數并予以顯示，二是通過簡單顯示伺服調整畫面、主軸調整畫面、加工參數調整畫面，更便于進行機床的調整?；緟稻唧w設定步驟及方法在《啟動手冊》中有詳細的介紹，參數更全面的介紹需要參考《參數說明書》和《連接說明書（功能篇）》?；緟翟O定完成后，系統就為機床運行做好了準備。在這一環節中，有些參數設定錯誤值后，系統會報警提示，根據提示可以有目的地進行修改；而有些參數設定錯誤值后是不會報警的，比如伺服設定中的柔性齒輪比、參考計數器容量等參數，設定錯誤值后，機床進給和回參考點會出現異常，而這些異常只能在機電聯調的時候才能發現。

4.4 系統PMC調試 PMC是聯系CNC和機床外部機構的橋梁，是調度管理外部機構的核心，它包括系統軟硬件、用戶程序以及I/O模塊。機床外部機構包含機床操作面板、換刀機構、潤滑系統、排屑冷卻系統、限位開關、回零開關等，它們都需要在PMC用戶程序的統一調度下配合CNC共同完成對機床的控制，因此PMC編程和調試是系統調試中的重點和難點。

4.4.1 調試準備 PMC調試工作的主要內容是用戶程序的編寫、下載調試運行，PMC程序編寫使用FANUC LADDER-Ⅲ梯形圖編輯軟件，該軟件具有編輯、在線監控、上傳下載程序、強制等功能。裝有LADDER-Ⅲ軟件的電腦可以通過以太網口或串口與數控系統主板的對應端口通過通訊線相連接，這樣就能在線進行程序編輯調試監控了。程序編寫方法可以參照《FANUC PMC梯形圖語言編程說明書》。

4.4.2 系統PMC基本功能調試 PMC基本功能主要包括對操作面板、手輪的控制，比如工作方式的選擇、進給倍率主軸倍率的選擇、進給軸的選擇、手動或回零方式下的軸的控制、急停信號的處理等。為方便用戶調試，FANUC公司可提供已經編寫好的基本程序供用戶使用，實際調試時，可以直接在基本程序的基礎上修改完善。

將基本程序下載到系統中，編程軟件置于在線狀態下，此時各輸入輸出點的變化和內部寄存器的變化在軟件界面內也會實時顯示，就可以對基本功能進行逐一測試了。由于系統對很多地址的功能進行了限定，所以在調試過程中需要參考《連接說明書（功能篇）》。

4.4.3 系統PMC擴展功能調試 PMC用戶程序中擴展功能部分需要用戶自行編寫，包括換刀、潤滑、冷卻、報警等控制程序，完成這部分工作需要調試者具有一定PLC編程經驗。下面以改造過程中自動換刀功能的實現做簡單介紹。該機床采用的是斗笠式刀庫，刀具交換指令為M06，執行 M06指令時，NC調用并執行宏程序O9001，宏程序控制整個換刀流程，執行過程中，NC和PMC進行信息交換，具體動作由PMC根據宏程序指令驅動換刀機構進行，見圖2。

圖2 換刀流程圖

4.5 精度補償在上述調試過程完成之后，機床就可以正常運行了。為了提高加工精度，需要進行螺距補償和反向間隙調整，將機床的位置精度調整到一個比較理想的狀態。這項工作要利用激光干涉儀或步距規。

4.6 其它參數設定 這些參數與操作者使用習慣和安全相關，比如界面顯示相關參數、坐標設置相關參數、參數保護、宏程序保護等參數設定。其目的是給操作者提供一個友好的操作環境。

4.7 系統備份 系統調試全部完成，機床試運行正常之后，需要對系統參數、宏程序、PMC程序及參數進行備份，可以采用存儲卡備份，也可以利用電腦通過通訊端口進行備份，具體做法請參照《參數說明書》。

5 結束語

本文介紹了一個利用FANUC數控系統對加工中心進行改造的實例，對數控系統的選型和實際調試的步驟、過程做了詳細說明。從企業角度來看，對老舊數控機床進行改造，恢復其加工精度和加工效率，比購買新機床能節省約50%的資金。同時，經過改造調試這一過程，技術人員對數控系統的原理、功能有了更深入的了解，有利于提高維修能力。

[1]FANUC Series oi-MODEL D/0i Mate-MODEL D啟動手冊.

[2]FANUC Series oi-MODEL D/0i Mate-MODEL D參數說明書.

[3]FANUC Series oi-MODEL D/0i Mate-MODEL D連接說明書（硬件篇）.

[4]FANUC Series oi-MODEL D/0i Mate-MODEL D連接說明書（功能篇）.

[5]FANUC Series oi-MODEL D/0i Mate-MODEL D維修說明書.

[6]Sabre1000電氣圖冊.