数控车床技术改造

昵称2530266 2018-08-30

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车床改造前状况和改造方法

1．因主控系统出现故障后无法买到备件，软件程序丢失后也无法恢复，因此需进行技术改造。其数控系统的基本配置为主控制系统采用台湾工业研究院机械厅研制的HUST T10 CNC数控系统，能控制X、Z两轴，可扩展为X、Y、Z三轴联动。程序设计经CAD/CAM制作完成，经286以上微机的RS232协议输入。用CNT4640纸带机作外存。12″黑白CRT显示，具有简单刀尖轨迹显示功能。MCM参数设定表可对各类不同机械设备给予设定。I/O输入24点，输出16点。

        2．主轴控制系统由日本富士变频器FVR110G7S4EX及嘉兴电机厂生产的三相变频电机YVP 160M4组成。
        3．伺服控制系统的控制单元采用日本东荣公司的软件交流伺服驱动器VLASE050P，可驱动1.5~2.4kW交流伺服电机，Z轴；VLASE 020P，可驱动0.75~1.1kW交流伺服电机，X轴。
       4．改造采用华中数控系统有限公司的数控系统，14″彩色CRT显示，箱式结构486CPU工控机，8MB RAM，1G硬盘，内置PLC，I/O各48点，安装3.5″1.44MB的软盘驱动器（见图1）。

该系统的部件功能：(1) HC4301为多功能脉冲位置板，符合ISA总线规范，具有一路D/A模拟量输出，控制主轴电机。两路正负脉冲可逆计数输入，控制手摇脉冲发生器和主轴编码器；(2)SIO脉冲接口位置板，给模拟伺服驱动系统提供速度模拟量给定，控制两路进给伺服单元；(3)HC4103（两块）为PLC输入板，HC4103T为PLC输入转接板。HC4203为PLC输出板，HC4203T为PLC输出转接板；(4) B9014为四串口板，内含四个标准RS232C串口，用于数控系统和机床面板键盘；(5) HC5301为输入灯端子板，HC5301为输出灯端子板；(6)Ⅱ型交流伺服单元两个，控制两台交流伺服电机，50A控制X轴，75A控制Z轴（两轴控制原理相同，见图2）；(7)伺服电机扭矩，X轴10N·m，Z轴18N·m；(8)伺服电源模块7.5kW，Ⅱ槽机箱（含电源）。

       5．系统功能。(1)控制轴数，2~4轴，联动轴数，2轴；(2)具有自动、点动、手摇、步进、回零功能，单段／跳段／空运行／机床锁住功能；(3)最小分辨率0.001mm，小数点输入；(4)静态仿真加工过程，动态跟踪加工过程，中文显示各种提示信息，人一机对话界面直观、灵活；(5)内置PLC状态显示，轴参数设置，模拟和数字伺服控制可混合使用；(6)机床、图形参数设定，自诊断功能，报警信息提示。
        6．附置机床面板、操作盒及相关器件，改制原低压控制配电柜，将操作面板和配电柜合二为一，新增机床配电柜冷气机一台。
      7．机械、润滑、液压部分基本不变。保留原主轴变频器和主轴电机部分。

电气系统的改造

    分析原数控车床电气控制原理，依据系统内置PLC的功能，确定了电气控制系统的PLC控制程序及I/O接口。改造车床电器，设计上要满足被控对象过程控制的要求，建立过程控制程序，然后确定PLC I/O点数，初步计算出所需存储器容量。
        1．I/O点数的分配。通过数控车床全部控制电路分析，确认包括车床机械操作面板、控制和监测保护在内的PLC的I/O点48个。
      2．PLC程序设计。根据数控车床加工对象、工艺要求及执行顺序，将PLC控制程序划分为：(1)高级程序；(2)操作程序；(3)液压控制；(4）坐标轴控制；(5)主轴控制；(6)其他控制；(7)故障检测处理等。
        3．PLC的存储器容量是通过PLC程序步数计算出来的。依据PLC的程序步数，选择EPROM（只读存储器）若干片及程序若干步。

信号的匹配与接口电路

        车床电路的设计要注意信号的分类，相同功能的信号尽可能划分在一起，以便布线。要处理好主轴控制系统和坐标轴伺服控制系统的接地问题，尽量避免并克服数控系统和伺服控制系统的相互干扰。
        1．PLC程序的输入。(1)编程器输入；(2)数控系统纸带输入；(3)计算机+编程软件输入；(4) ERPOM专用读写存储器输入。
       2．调试。PLC程序可在数控系统的CRT上显示，而且PLC编程器可与数控系统联机（特别是内置PLC)，因此PLC程序的调试非常方便。具体调试方法有：(1)室内模拟实验调试；(2)车床联机现场调试。

改造后与同类车床比较

改造后的J1FCNC1B与同类J1FCNC1B数控车床比较（见表1）