6652龍門銑的數(shù)控化電氣改造

黃連杰

摘 要：利用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)Sinumerik 802C改造一臺(tái)已經(jīng)使用50多年的老設(shè)備拓展了加工范圍和加工性能，又保證了各項(xiàng)性能的實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用802C標(biāo)準(zhǔn)程序架構(gòu)機(jī)床程序，保證了機(jī)床語言精練可靠，報(bào)警文本編制完全，為車間維修提供了方便。改造完成后，可以實(shí)現(xiàn)半精加工。

關(guān)鍵詞：6652龍門銑床；802C數(shù)控系統(tǒng)；編碼器安裝

引言

我廠用的6652龍門銑床是一臺(tái)在用50多年的普通龍門銑，由于該設(shè)備長期運(yùn)行各方面構(gòu)造磨損嚴(yán)重，故障頻繁，如果不進(jìn)行大修理，機(jī)床瀕臨淘汰。在這個(gè)前提下，我們決定將該機(jī)床進(jìn)行機(jī)械大修，電氣進(jìn)行數(shù)控化改造，用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)來拓展機(jī)床加工性能和范圍，使機(jī)床煥發(fā)生機(jī)。

1 確立改造方案

1.1 總體構(gòu)想

6652龍門銑原配置有四個(gè)主軸，分別為左、右水平銑頭以及左、右垂直銑頭，在機(jī)床一側(cè)有一個(gè)傳動(dòng)箱，傳動(dòng)箱靠兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，一個(gè)是進(jìn)給電機(jī)，中間經(jīng)過齒輪減速，增大扭矩，一個(gè)是快速電機(jī)，減速比較小，扭矩增大較少；傳動(dòng)箱輸出端連接到左右水平銑頭的傳動(dòng)箱，可以通過油壓推動(dòng)齒輪掛檔，進(jìn)行兩個(gè)水平銑頭的進(jìn)給和快速；傳動(dòng)箱另一個(gè)輸出端連接光杠，傳動(dòng)到滑板上，通過電磁鐵選擇，兩個(gè)垂直銑頭可以左右進(jìn)給或快速；工作臺(tái)傳動(dòng)也是靠傳動(dòng)箱輸出的一根蝸桿帶動(dòng)工作臺(tái)面的蝸母條來實(shí)現(xiàn)的。所以說，機(jī)床所有的進(jìn)給和快速都是靠這兩臺(tái)電機(jī)實(shí)現(xiàn)的。但是要實(shí)現(xiàn)數(shù)控，將垂直銑頭和工作臺(tái)進(jìn)給聯(lián)動(dòng)起來，必須要斷開傳動(dòng)箱到工作臺(tái)和滑板的傳動(dòng)，分別加裝電機(jī)，才能實(shí)現(xiàn)數(shù)控化控制。

考慮到機(jī)床已經(jīng)使用了50多年，機(jī)床已無精度可言，要實(shí)現(xiàn)機(jī)床改造后半精加工，絲杠、傳動(dòng)等都需要改動(dòng)，所以，工作臺(tái)（X軸）、垂直銑頭左右運(yùn)動(dòng)（Y軸）要改造為電機(jī)帶減速箱帶滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)。這些都是機(jī)械的工作，電氣要在滿足這些要求的前提下設(shè)計(jì)。

機(jī)床改造后要求精度也只需要達(dá)到半精加工，所以，在數(shù)控系統(tǒng)選擇上，我們傾向于用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)，采用半閉環(huán)控制。因此，我們選擇了西門子802C數(shù)控系統(tǒng)，在X、Y軸的滾珠絲杠副一端經(jīng)過減震連接編碼器，實(shí)現(xiàn)速度反饋；再經(jīng)過絲杠螺距、傳動(dòng)比的參數(shù)設(shè)定，實(shí)現(xiàn)位置反饋。

為了保證垂直銑頭左右運(yùn)動(dòng)不受干擾，滑板上只保留一個(gè)垂直銑頭。機(jī)床兩個(gè)水平銑頭在加工某些工件時(shí)比較方便，因此決定保留兩個(gè)水平銑頭。

1.2 具體改造方案

802C數(shù)控系統(tǒng)是一種模擬量數(shù)控系統(tǒng)，可以帶三個(gè)模擬量進(jìn)給軸和一個(gè)模擬量旋轉(zhuǎn)主軸，針對(duì)于該機(jī)床，X、Y軸是需要受數(shù)控控制的，主軸是交流電機(jī)，這里不做調(diào)速，保留原機(jī)械變速結(jié)構(gòu)，受PLC控制。X、Y軸電機(jī)選擇了兩臺(tái)西門子老式直流伺服電動(dòng)機(jī)；X、Y軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用KSA23直流調(diào)速系統(tǒng)，直流調(diào)速系統(tǒng)的使能信號(hào)和給定信號(hào)由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出。兩個(gè)水平銑頭依靠原來的兩臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，由于兩臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)功率接近，只是轉(zhuǎn)數(shù)存在差異，為了節(jié)約資源，采用一臺(tái)直流調(diào)速系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，通過接觸器來切換兩臺(tái)電機(jī)。其他功能選擇都依靠PLC來實(shí)現(xiàn)。由于802C集成的PLC只有48個(gè)輸入點(diǎn)和16個(gè)輸出點(diǎn)，輸入點(diǎn)夠用，但輸出點(diǎn)不夠用，因此比如油泵的啟動(dòng)、冷卻泵的啟動(dòng)和兩個(gè)水平銑頭主軸的旋轉(zhuǎn)等邏輯比較簡單的功能只能用繼電器-接觸器回路來搭建。

1.2.1 數(shù)控系統(tǒng)的端口設(shè)定

802C數(shù)控系統(tǒng)包含CNC控制器和驅(qū)動(dòng)模塊、伺服電機(jī)等，驅(qū)動(dòng)模塊受CNC控制器控制，接收±10V給定，控制伺服電機(jī)輸出，為模擬量交流控制系統(tǒng)。我們選用了直流調(diào)速系統(tǒng)來替代驅(qū)動(dòng)模塊，電機(jī)采用直流伺服電機(jī)，那么，實(shí)際上，在整個(gè)控制結(jié)構(gòu)中，我們只需要采購802C的CNC控制器即可，因?yàn)椋摽刂破靼酥骺刂茊卧⒉僮鲉卧P，并集成了編碼器接口、給定使能控制接口、PLC輸入輸出等，是一套集成化非常高的數(shù)控系統(tǒng)。

1.2.2 確定各伺服驅(qū)動(dòng)元件及關(guān)鍵測量元件的選取

根據(jù)原來兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的功率和扭矩特性，X軸選用90NM、1500rpm的直流伺服電動(dòng)機(jī)，Y軸選用70NM、1200rpm的直流伺服電動(dòng)機(jī)，X軸安裝了一個(gè)減速箱和一套螺距為20mm的滾珠絲杠副，可以實(shí)現(xiàn)最大進(jìn)給速度為2700mm/min，滿足加工需求；Y軸安裝了一個(gè)減速箱和一套螺距為10mm的滾珠絲杠副，可以實(shí)現(xiàn)最大進(jìn)給速度2000mm/min。

決定采用半閉環(huán)控制，而且，802C的CNC控制器也沒有位置環(huán)反饋接口，所以，每個(gè)軸選用一個(gè)編碼器安裝在絲杠的端頭上，保證減震效果，保證編碼器軸和絲杠中心在一條線上，即可以實(shí)現(xiàn)可靠而精準(zhǔn)的位置反饋。

1.2.3 確定PLC的控制點(diǎn)數(shù)和控制對(duì)象

PLC輸入輸出集成在了802C base-line CNC控制器中，有48個(gè)輸入點(diǎn)，16個(gè)輸出點(diǎn)。由于機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)大面積變動(dòng)，導(dǎo)致輸入輸出點(diǎn)不能完全按照原機(jī)床進(jìn)行設(shè)計(jì)，這里就有很多需要考慮的地方。

改造成數(shù)控，那么必須增加兩個(gè)軸的參考點(diǎn)限位，在802C base-line標(biāo)準(zhǔn)程序庫中，有關(guān)于兩個(gè)軸參考點(diǎn)限位的標(biāo)準(zhǔn)程序，但是，規(guī)定了其固定的輸入點(diǎn)地址。在這里，為了盡量應(yīng)用其標(biāo)準(zhǔn)程序，簡化編程，并使編程語言盡量精練，參考點(diǎn)限位都按照其規(guī)定的輸入點(diǎn)地址來接線。

802C標(biāo)準(zhǔn)程序庫中，集成了潤滑、冷卻、道具轉(zhuǎn)換、主軸變檔控制、進(jìn)給軸使能、倍率控制、手持單元控制等標(biāo)準(zhǔn)程序，機(jī)床設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)自己的需要調(diào)用這些標(biāo)準(zhǔn)程序，也可以從標(biāo)準(zhǔn)程序中選取自己需要的程序段來調(diào)用。

為了方便以后維修中對(duì)某些故障的診斷，特意將潤滑油箱壓力檢測、液位檢測、直流調(diào)速系統(tǒng)準(zhǔn)備好信號(hào)、各項(xiàng)限位等引入PLC輸入端，在程序里寫成報(bào)警程序，再配以報(bào)警文本，直觀的顯示出故障所在，為操作者發(fā)現(xiàn)問題、維修工處理問題提供了方便。

2 報(bào)警文本的編制

任何一臺(tái)數(shù)控機(jī)床，在診斷方面的優(yōu)勢都是普通機(jī)床所無法比擬的，所以，對(duì)于這臺(tái)機(jī)床的報(bào)警文本的編制，我們也是下了大功夫。PLC程序好編，如何觸發(fā)一個(gè)報(bào)警，在PLC里都可以制作，但如果沒有報(bào)警文本，大家看到的就是“用戶報(bào)警XX”，對(duì)于維修并沒有太大的實(shí)際意義。

制作報(bào)警文本需要使用的軟件是802C base-line TOOLBOX里帶的一個(gè)軟件：TextManager，打開該軟件后，選擇功能菜單里的“PROJ”選項(xiàng)，然后新建一個(gè)工程，點(diǎn)擊確定后，系統(tǒng)退回主界面，但主標(biāo)題會(huì)更改為新工程的名字。在工程下，選擇“OEM”選項(xiàng)，選擇語言，在右面就會(huì)出現(xiàn)三個(gè)文件，分別為：ALC.TXT、ALCU.TXT、ALZ.TXT，其中，ALCU.TXT是用戶報(bào)警文本，選擇該文本，然后點(diǎn)擊“edit”鍵，那么，可以直接在文本編輯器里修改相應(yīng)的報(bào)警文本。

編制完報(bào)警文本后，選擇“second language”，生成“alcu.sp”文件，然后選擇“Make Archive”，此時(shí)生成“oem.arc”文件，將此文件傳輸進(jìn)802C中，報(bào)警文本就會(huì)生效。

3 結(jié)束語

6652龍門銑改造成功后，精度完全滿足要求，由原來單一的銑平面變成了現(xiàn)在可以加工內(nèi)圓、外圓、弧線等一些復(fù)雜的輪廓，得到了車間的認(rèn)可。報(bào)警功能強(qiáng)大，保護(hù)齊全，也得到了維修部門的認(rèn)可。

參考文獻(xiàn)

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