HNC-818A數控系統在數控車床改造中的應用*

盧 卓

(江西機電職業技術學院，江西 南昌 330013)

0 引言

TK36數控車床是寶雞機床廠早期生產的數控機床，搭載華中HNC-21T數控系統，該系統是武漢華中數控股份有限公司早期推出的數控系統，經過多年使用后，主要硬件、電氣控制線路與元器件進入了老化階段，故障率逐年上升。

采用新的數控系統升級舊的數控機床是一種比較常用的方法。史衛朝等[1]用華中HNC-180xp/T3數控系統對CJK6032A數控車床進行了升級改造，汪紅等[2]采用HNC-818AT數控系統對CK6136數控車床進行了升級改造，均取得了較好的效果。華中HNC-818數控系統是新一代數控系統，是目前國產數控系統的主流產品之一。應用HNC-818數控系統對舊數控機床進行升級改造，能使升級后的數控機床功能更加豐富，精度提高，與新購機床相比還能節省經濟成本，因此具有重要的意義。

1 數控車床改造的主要內容

1.1 數控系統升級

針對舊TK36數控車床的數控系統升級主要是將原機床搭載的HNC-21T數控裝置替換為HNC-8數控裝置。華中HNC-8系列數控系統采用Linux平臺、支持NCUC總線和全數字伺服，有納米插補功能，具有優異的操作性能、高可靠性、易于維護、強大的內置PLC功能、豐富的軟件工具[3]。其配套的伺服驅動單元可以為全數字式，總線連接，能采用絕對值式的伺服電機，遠程I/O單元也支持總線形式。數控系統集成手搖單元的接口，存儲方式采用電子盤式，也可以采用USB接口、CF卡接口和以太網等方式進行數據的交換和輸出。數控系統升級后，能大大提升數控機床的功能和檔次。

1.2 伺服系統的升級

數控機床的伺服驅動系統在整個機床中的作用非常重要，能接收數控裝置所發出的位置控制指令，并驅動機床各移動部件跟隨數控指令產生運動。高質量的位置和速度伺服裝置能有效保證機床動作的準確和快速[4]。TK36數控車床原伺服驅動裝置為華中HSV-16-030，伺服電機采用的是GK6071-6AF31-FE。HSV-16-030是華中數控早期的伺服驅動系統，為配合數控系統的升級，必須升級現有伺服系統和驅動電機，以使其與數控系統相匹配。

1.3 電氣控制回路更改與元器件更換

原機床的電氣控制線路與元器件存在老化現象，經常出現線路連接問題，設備電氣故障多數發生在這一環節。通過升級改造更換老化電氣線路與元器件，更改部分控制回路以適應華中8型數控系統要求，使電氣控制方面達到新機的標準，從而從根源上解決電氣故障產生的問題。

1.4 機械結構的修整與改造

多年的使用，數控車床機械部件如軸承、絲桿、鑲條、導軌貼塑等存在磨損，傳動部位存在間隙，油路、氣路、水路存在泄漏、堵塞等隱患，必須通過機械檢查和調整以恢復機床整體幾何精度。疏通水路、氣路、油路，視情況更換水管、氣管、油路部件及潤滑裝置以使得機床運行達到要求，并且穩定可靠工作。為配合電氣改造，需要更改或重新制作數控系統操作箱。由于要更換進給電機，所以還需要重新設計制作電機連接的過渡板，更換電機與絲杠聯軸器等。

2 改造的主要技術路線與具體實施

2.1 技術路線

首先要查找、收集、整理相關的技術資料，并對新系統的電氣資料消化掌握。整個升級改造過程可以模塊化，分步驟完成。整個系統可以分為四個模塊，即機械、電氣、CNC、伺服模塊。機械模塊的改造包括拆除原有機械硬件、機械結構設計與制作、機械結構安裝與調整等部分。電氣模塊的改造包括拆除原有電氣元件、電氣控制線路的設計、新電氣線路的連接安裝等部分。CNC模塊主要包括CNC系統選型、CNC參數設置、內置PLC程序編制等部分。伺服模塊包括伺服驅動器選型、伺服電機匹配、伺服功能優化等部分。最后進行整體機電聯調并按照機床驗收標準進行驗收。

2.2 數控系統選型

HNC-818系統屬于標準型數控系統，較為適合本次升級。其中HNC-818A是車削系統，因此，在車床的數控系統選型時應選擇HNC-818A系統。HNC-818A數控裝置的硬件主要由電源部分(HPW-145電源、24 V穩壓電源)、IPC-100、MPC、伺服驅動單元以及I/O模塊等構成。升級后的數控系統各模塊連接如圖1所示。從圖1中可以看出，IPC單元、MPC面板、I/O模塊、X軸伺服驅動系統、Z軸伺服驅動系統等均通過NCUC總線串聯在一起形成了一個整體。采用總線連接后的機床數控系統較舊系統而言可以提高運行速度。

圖1 改造后的機床數控系統各模塊連接圖

2.3 伺服驅動單元的升級

伺服驅動單元的升級包括兩部分工作，分別是伺服驅動器的選用和伺服電機的選配。根據數控系統的選型設計結果，查閱華中數控系統的產品手冊可知，能與HNC-818A匹配的進給伺服驅動單元有HSV-160U、HSV-180U系列交流伺服單元，參考TK36數控車床原伺服驅動單元參數，X、Z軸伺服驅動器都選用HSV-160U低壓系列。HSV-160U系列伺服驅動器是全數字交流伺服驅動裝置，支持華中數控的NCUC總線，可以高速實現和數控裝置的數據交換。其配備接口豐富，如高速工業以太網的接口、分辨率比較高的絕對編碼器接口等，能適配多種信號類型的絕對式編碼器。參考原伺服驅動器的電流大小，本次改造選用具體型號為HSV-160U-030。伺服電機則選用與之適配的標準登奇電機，型號為GK6063-6AC31-J20。

2.4 電氣控制系統改造

電氣控制系統改造主要包括電源主電路、控制電路和輸入輸出信號電路等三部分。

改造后的數控車床主回路包括伺服強電回路、主軸強電回路、刀架電機回路、冷卻電機回路等。改造后的數控車床主回路如圖2所示，其中QF1、QF02、QF03、QF11為三相斷路器，QF1起總控制作用。TC1為變壓器，能將交流380 V電源變壓為交流220 V，用于向伺服驅動裝置提供電源。KM21和KM22是交流接觸器，其主要作用是改變刀架電機的電源相序，從而實現刀架電機的正、反轉功能。

圖2 改造后的數控車床主回路

改造后的控制電源回路如圖3所示。與舊機床相比，控制電源回路增加了帶UPS功能的開關電源為數控系統供電。

圖3 改造后的數控車床控制電源回路

輸入輸出開關量信號電路的改造參考了原機床的I/O情況，根據實際輸入、輸出開關量信號的數量選用I/O模塊。TK36機床輸入信號主要有急停、刀架四個刀位傳感器輸入信號、主軸報警、電柜打開報警、潤滑報警等8路。輸出信號主要有冷卻開啟、刀架正轉、刀架反轉、主軸正轉、主軸反轉、工作燈開啟等6路。因此，選用一塊輸入模塊即可，型號為HIO-1011P，輸出模塊一塊，型號為HIO-1021N。

2.5 機械部分維修與改造

機械部分的改造主要包括數控裝置安裝柜的尺寸調整和電機連接過渡板的設計。由于HNC-818A的數控裝置外形尺寸比HNC-21T的尺寸要大，原來安裝數控裝置的面板就無法安裝新的數控裝置，因此需要專門根據新數控裝置的尺寸進行定制加工安裝面板。機械維修則主要是機床整體進行清掃、檢修。其中主軸部分包括檢修主軸變速機構、消除主軸運轉異常響聲、調整主軸跳動異常等。

3 結束語

數控機床的升級改造涉及CNC、伺服驅動、機械、電氣等諸多要素，實施過程中必須按照預先制定的技術路線和方案進行施工。系統安裝連接好之后的機電聯調和參數設置是最為核心的一個環節，要結合試切件的加工和檢測來反復試驗，才能使機床的性能達到最優。通過實踐，應用HNC-818數控系統改造了TK36數控車床，改造后的機床投入使用了一年，未發生重大故障，各項性能有較大提高，同時也為下一步云數控系統平臺的搭建、智能制造單元的搭建打下了良好的軟硬件基礎。