數控機床的數控系統在使用15年左右后就進入了產品老化期，故障率和維修成本會顯著增加，這時用新的數控系統進行升級改造，與購買動輒上千萬元的新設備相比，具有投資少、周期短、風險小等優點。本文所探討的HTM63車銑復合加工中心，屬于電腦加工中心類型的機床。該五軸聯動加工中心增加了可擺動的動力刀具組件，因此機床具有可完成零件側面、正面、斜向鉆孔及銑削等功能，并具有X、Y、Z、C、B五軸聯動控制加工能力。該系列數控車床適合加工要求較為復雜的車、銑復合加工的零件的大批量、多品種、高精度的加工任務。

1、五軸聯動加工中心概述

　　五軸聯動加工中心的刀具排布采用兩軸控制排式刀架排布的結構，結構簡單、換刀快捷、可靠性極高。加工中心具有超長行程的Z 軸，行程可達2000mm。因此機床在加工較長零件時，和同類數控車床相比，可以明顯減少送料次數，提高加工效率。對于許多長度在1500mm以內的零件，可以一次送料完成零件全長度的加工。五軸聯動加工中心配有高速精密同步導套，因此可以完成對鋼件、不銹鋼件的大批量精密加工以實現高品位零件的高速切削。數控加工中心配備三軸鉆孔加工功能，可以完成零件軸端的鉆孔及攻絲的加工。并且針對客戶的零件，五軸聯動加工中心配備安裝有各類鉆銑動力刀具、或者旋風刀具的擺動動力刀具模塊，因此動力刀具可以在0-90度范圍內擺動，以完成各種軸件的多方向精密鉆、銑加工功能。加工中心的送料部分可以配備自動送料器，接料部分可安裝短件接料器及長件接料器，以實現一人操作、看護多臺機床的一人多機加工模式，為工廠節省人力資源。還可以配備自動排屑器等多種附加設施并組成柔性加工生產線，以完成自動化加工。此類加工中心床最適合加工用于航空、航天、軍工、汽車、摩托車、通訊、制冷、光學、家電、微特電子、電子、鐘表等行業的各種高精度、多批量、外形復雜的軸類零件的精密復合加工。

2、五軸聯動加工中心改造方案

　　對原有機械部分主軸系統的軸承支撐系統進行了動態優化設計，提出了雙排軸承的設計方案，并對選用當前我國市場上最為常見的SIEMENS 840D對原有的BOSH Micro8數控系統進行替代；原有的可控硅直流調速的系統采用了配套的SIEMENS 611D數字交流伺服系統進行替代；原有直流的電機選用當前流行的SIEMENS伺服電機與交流主軸進行替代；利用1FT6的全數字交流伺服電機對刀庫旋轉進行驅動，從而實現了半閉環控制；選用德國HEIDENHAIN的RON285圓光柵與LB382C型直線光柵對所有的軸檢測裝置進行分別的替換。

3、改造中的重點事項

　　3.1 改進控制方案

　　主軸控制實現變檔三不到位的情況下實現主軸停止，可以采用自動停止的方式，即設定主軸換擋的時間，在設定的時間內主軸變速到位主軸停止，若不到位，超過設定換擋伺服時間主軸亦自動停止，而且在停止后還可以重新啟動變速。不改變原設計外部控制線路，在程序內利用PLC的TIM時間指令實現自動變檔停車問題，軟件編程如下：　　LD200.02主軸l擋　　OR200.03主軸2擋　　OR 200.04主軸3擋　　AND 200.00　　ANDNOTTIM005　　ANDNOTTIM007　　ANDN0T200.05　　OUT201D1變檔私服、　　LD2O0.02　　0R200.03　　OR 200.O4　　ANDNOTTIMO06　　#8　　LD2O0.O2　　OR2O0.03　　0R 200.04　　ANDNOT201.Ol　　TIM006　　#60　　LD2Ol0l　　OR20l.O2　　ANDNOT5.12　　進 ANDNOT5.l3　　ANDNOT5.14　　OUT201.02伺服時間控制　　UD200.02　　OR2O0.003　　OR2O0.004　　AND201.02　　TIM007變速停止時間　　#600

　　3.2 自動換刀動作的PLC編程設計

　　此次改造使用的是西門子公司的S7-300 PLC模塊。在PLC 程序設計中，自動換刀編程是重要的外圍動作設計任務。該加工中心的刀具交換裝置采用可雙向旋轉的盤式刀庫，通過單臂雙爪的機械手用16個步驟將刀庫中的刀具裝到主軸上，每個動作我們都用M 代碼進行設定。為防止某個動作不到位，在編程過程中加入了到位信號互鎖。另外，主軸換檔、坐標運動、緊急停止、冷卻液開關、轉臺夾緊、松開等其它動作的PLC編程設計跟一般臥式加工中心的類似，在此不再介紹。

　　3.3 機床參數的設置

　　在系統調試初期需要先對軸參數進行設置，而各軸需根據實際情況進行配置，在此以分別代表直線、旋轉、主軸的X、B、SP三類典型軸為例，介紹部分軸參數的設置情況。以上軸數據設置好以后，還要對軸的基本配置參數、回參考點參數、報警監控參數、測量系統參數等進行相應的設置，此處就不再詳細說明了。

4、改造效果

　　通過上述的優化改造之后，HTM63車銑復合加工中心在原有的基礎上增加了一些新的功能，比如:剛性攻絲、主軸點動、圖形模擬、DNC、手輪驅動等，使得操作起來更為便捷和簡單。選用了611D伺服系統和SIEMENS 840D數控系統，構成了一個全數字式的自動化控制系統，確保了HTM63車銑復合加工中心的實際控制性能接近了當前國內一流的技術。改造之前HTM63車銑復合加工中心設備發生故障次數很頻繁，經常都會停機進行長時間的修理，而且整個維修的費用比較大。經過上述的優化與改造之后，使得大大降低了HTM63車銑復合加工中心的電氣故障率，其穩定性有了較為顯著的提高。