MK5212數控龍門導軌磨床電氣系統改造

步勇兵 張志東

（1.北京華泰科思電氣技術有限公司 北京 2.保定標正機床有限責任公司 河北保定）

1.存在的問題

MK52系列動梁式數控龍門導軌磨床由上海重型機床廠與德國瓦特里希科堡合作生產，機床帶有兩個磨頭，周邊磨頭電機為三相交流異步電機，配置變頻器；萬能磨頭電機為直流電機，配置直流調速裝置。機床有X、Y（型號為FANUC15-5）和Z（型號為FANUC25-5）等3個伺服軸，其中X、Y軸分別控制磨頭上下移動，Z軸控制磨頭左右向移動（由電磁離合器切換）。該機床1991年安裝使用至今機械部分保養較好，加工精度仍能滿足要求，強電部分控制基本正常，不影響使用。機床采用FANUC 3M數控系統，目前嚴重老化，系統備件及直流伺服電機已停產。最近幾年機床故障頻發，平均每年停機時間為1～2個月，特別夏天溫度高、濕度大，機床會隨時停機，影響正常生產。

2.改造方案

由于設備故障點主要在數控系統部分，因此改造主要針對數控系統。初期方案是采用FANUC最新的0i-MD系統作為替換，性能可滿足要求。但考慮到該廠特點是非標小批量加工，并以加工平面磨削為主，基本用不上數控系統，加之供貨期及改造成本原因，最終改造方案采用臺達交流伺服電機+PLC+觸摸屏的模式（圖1）。

圖1 改造后的電氣系統控制框圖

3.改造實施

（1）伺服系統采用臺達A2系列交流伺服系統，其中X和Y軸電機型號為 ECMA-F11845SS，28.65 N·m/1500（r/min）/4.5 kW、帶剎車、220 V；Z 軸電機型號 ECMA-F11875R3，47.74 N·m/1500（r/min）/7.5 kW、不帶剎車、220 V；扭矩比改造前有所提升。

（2）PLC是此次改造控制核心，完成所有邏輯關系的處理和伺服系統的控制，采用臺達EH3系列主機加I/O擴展，輸入90點、輸出70點，包括橫梁、周邊磨頭、萬能磨頭和床面等4大部分的控制，主要的程序流程見圖2。

（3）采用PLC擴展模塊01PU-H2（單軸定位模塊）控制3個伺服驅動器。該模塊專門用于步進或伺服電機的速度或位置控制，最高200 kPPS脈沖輸出，內建原點回歸、點動和單段速定位控制等多種輸出模式，覆蓋該機床各項應用功能。考慮到該機床沒有多軸聯動功能，故采用軟硬件結合的方式，實現1個單軸定位模塊控制3臺伺服電機（圖3）。將每個伺服驅動器的多功能輸出（差動）信號來源設置為與脈沖輸入信號一致，這樣3個驅動器能同時接收到定位模塊輸出的脈沖，但只有當指定驅動器的使能信號有效時，對應伺服電機才會運動。

圖2 主要的程序流程

圖3 伺服電機控制原理

（4）采用10英寸彩色觸摸屏作為坐標顯示和參數顯示及輸入。主界面（圖4）根據龍門磨床各項功能設置，可設置寬步走刀及微量進給的數值，并有豐富的輔助功能，可顯示各I/O口的輸入輸出狀態及故障報警信息，方便操作者使用。

（5）其他。①利用原數控柜安裝伺服驅動器及PLC部分，由于現場使用冷卻水，濕度較大，故將所有元件全部安裝在背對機床底板，減少水汽對電氣設備影響；②輸入輸出端口均采用新的多針航空插頭，連接穩固、可靠性高；③PLC輸入端、輸出端和伺服電機抱閘的24 V電源均采用獨立模塊電源，提高抗干擾性及穩定度；④采用新型器件，如波段開關代替十擋旋鈕，采用新型數顯表代替老式顯示表，使懸掛按鈕站內使用到的連線減少約1/3，有效簡化日后檢修工作。

2013年10月完成改造，機床在現場按正常工況運行，操作習慣與改造前基本一致，全中文顯示界面，方便操作。經過一段時間生產考驗，系統運行穩定，加工精度滿足要求。

此次改造也表明利用PLC和伺服電機對MK5212數控龍門導軌磨床的改造經濟、實用，不但可減少投資，而且操作簡便、維護簡單，可靠性高。

圖4 主界面