1 設備現狀及改造必要性

　　隨著我國經濟的飛速發展,電氣設備制造行業的復蘇,擁有高精尖的數控設備對企業市場份額的占有起著重要的作用,但如何發揮老設備的作用同樣是極其重要的,對老設備進行可行性的數字化和數控化改造,是一條投資少,見效快的有效途徑。近年來,隨著國產數控系統開發逐漸成熟,國內占有率逐年加大,系統的穩定性逐年提高,而且性價比非常合理,最終我們選用了國產的大連大森數控系統。N088臥式車床是我公司一臺老式數控機床,已經使用10多年,是軸料班的關鍵設備。設備絲杠、導軌和主軸精度良好,但由于電氣系統故障頻繁,造成設備在近年無法長期正常使用,因此必須對設備電氣系統做必要的改造。

　　該設備為標準的臥式車床,有兩個進給伺服軸和一個機械換擋調速主軸,伺服軸為X軸和Z軸。刀架為煙臺環球產的8工位臥式電動刀架。

2 改造方案設計

　　對老舊設備的改造通常的做法是選用相應規格的驅動裝置以控制電機的啟停運轉,使用PLC(可編程控制器)作為設備的控制核心,這是一種有效的電氣改造方法。因此在對N088的改造方案確定后,針對設備主軸及機械精度良好的狀況,選擇好改造方案后對機床進行數控化改造。具體方案如下:

　　首先將原有數控系統拆除,對設備的X軸Z軸絲杠及電動刀架進行檢修處理,重新制作伺服電機連接盤,將SCG-10ADG伺服電機與機床鏈接固定好。大森數控系統裝機,主要包括系統與主軸變頻器的連接,系統與I/O的連接,系統與伺服的連接等。硬件配盤完成后,進行軟件編制(編制PLC梯形圖)來控制輔助功能動作。反復調試PLC梯形圖程序,最后使動作符合加工工藝要求。

　　2.1 大連大森3I-G數控系統簡介

　　(1)系統功能。大連大森3I-G數控系統是大森公司針對車床和銑床開發的中檔經濟數控系統,使用的是日本技術,將CNC、PLC、HMI和PCMCIA接口高度集成在一塊控制單元中,控制單元是3I-G數控系統的核心,各種軟件程序和參數如NCK、PLC、MHI都存儲在控制單元的SROM中,用3.6伏電池保程。運行軟件存儲在FROM中。系統各部件是通過BUS總線進行連接和通訊的。大森3I-G系統屬于半閉環系統,采用了32位處理器,具有標準的G、M、T指令代碼,系統分辨率為1um。系統最多可控制三個數字進給軸和一個模擬主軸。(2)PLC部分。大森3I-G數控系統的電氣控制核心PLC部件集成于控制單元,外部的輸入輸出功能由I/O模塊完成,它具有2個50芯的插槽,包括64位數字量輸入和64位數字量輸出,PLC的編程軟件是WINDOWS XP軟件寫字板功能,用指令編輯梯形圖程序,保存后用PC卡傳入機器中,傳到數控系統中的梯形圖可在系統的顯示器上修改并存儲,使用十分方便。(3)驅動單元。大森3i-G數控系統使用的是DSAS-15UMC通用伺服驅動單元,該單元采用DSP(數字信號處理器)芯片,大大加快了數據的采集與處理速度。使用最新的功率器件IPM,使驅動器體積大為減小,外觀簡潔,結構緊湊。它具有寬速比,恒轉矩,最高速度3000r/min,回轉定位精度為1/10000轉等。與之配套使用的電機是SCG系列的交流伺服電機,參數為1.5KW 6NM,編碼器脈沖為2500線,信號是5V矩形脈沖,系統單元配備的接口模塊用于速度環和電流環及位置環的控制。系統控制單元可選控1個、2個、3個伺服軸。在本次對N088改造中,因為是車床所以選用2軸模塊加以控制,再配置一個模擬軸對主軸電機進行控制。

　　2.2 大森3i-G數控系統連接原理框圖(圖1)

3 大森3i-G數控系統的調試

　　3.1 系統通電

　　在確定系統的聯接與供電部分正確無誤后,可以對系統控制單元、接口單元及伺服放大器控制回路供電,控制單元和接口供直流24V電壓,伺服部分供伺服變壓器輸出的三相交流200V電壓。三相交流380V電源直接為伺服變壓器原端,開關電源輸入側接單項220V電源供電。

　　(1)3i-G系統。開機后標準的機床數據加載成功,系統進入主畫面,顯示3i-G大畫面并提示現在沒有回原點,接下來要進行手動回原點操作。(2)驅動部分。經三相伺服變壓器輸出的交流200V電壓,先取出一組單項電壓加在伺服控制回路,放大器的指示閃亮,待放大器內檢正常的情況下,運行指示燈亮,接觸器MC吸合驅動部分正常投入。(3)接口部分。從開關電源側過來的直流24V電源,直接加到接口板的電源插座上,接口板上的指示燈閃亮,證明電源已正確投入。

　　3.2 PLC的調試

　　此系統的PLC集成在控制單元上,它的優點是對用戶完全開放,用XP系統的寫字板功能可以直接編譯梯形圖,用CF卡直接傳送的系統上,并在系統上任意編輯。它有基本命令17條,特殊命令2條,這些命令足以滿足對車床的改造。

　　現在舉例加以說明:(1)急停信號的處理。當機床或操作人員要發生安全事故時,迅速按急停按鈕,急停信號起作用,切斷放大器電源、主軸傳動及刀架尾座等回路。使機床立即停止。(2)各軸的回零操作。這套數控系統配的是增量編碼器,重新開機時需要作回參考點操作,使得機床的軟限位及機床坐標系起作用。(3)輔助完成信號的處理。輔助功能完成(FIN)信號用于系統M、S、T功能動作完成后發出控制指令,來控制接下來的動作是否繼續。

　　3.3 NC參數設置說明

　　完成對PLC程序的基本功能調試后,進行對數控系統NC參數的設定,將系統設置成標準車床的模式。

　　(1)進給軸參數。對于伺服進給軸而言,即X和Z軸還需根據具體的電機信號和滾珠絲杠等因素設定如下參數:①S020伺服控制方向設定;②S024位置增益選擇;③S120X軸移動速度;④S122Z軸移動速度;⑤S259刀具總數設定⑥S330X軸反向間隙補償量;⑦S332Z軸反向間隙補償量;⑧S700X方向電子齒輪比;⑨S702Z方向電子齒輪比。這些主要參數設定后,進給軸參數配置基本完成。

　　(2)主軸參數。在N088機床的改造中,將主軸定義為帶編碼器反饋的模擬主軸(由參數18.7設定)。由系統的主軸通道攜帶,連接示意圖如下:(圖2)

　　將下列主軸的主要系統參數設定完成,主軸功能得以完善。

　　①S040主軸計數方向;②S043主軸速度到達;③S270主軸功能選擇;④S280主軸每轉反饋脈沖數;⑤S281主軸速度到達信號等待;⑥S820主軸最高轉速。

　　3.4 驅動器參數的設置

　　開機初始化設定后,驅動器內調出標準的參數存入ROM區,這些參數基本滿足設備的使用要求。如果驅動電機有問題時,可以再適當修改部分參數。如我們在調試中發現伺服電機旋轉是抖動,我們試著調整5#(速度比例增益)和9#(位置比例增益)參數,最終使得電機運轉平穩,故障解除。

　　3.5 數據備份

　　大森3i-G數控系統提供兩種數據備份方式,一種是系統的數據可以通過RS232串口直接備份到個人計算機中。另一種是存儲卡插在系統主板的接口上,進行參數的輸入輸出。第二種操作比較簡單。

　　傳輸的數據包含:系統參數、用戶程序、刀具補償、PLC應用程序等。

　　存儲卡與現在流行的FANUC存儲卡是通用的,市場價格十分便宜,一般256M容量30元左右,而且很好用,很穩定。備份下來的所有參數容量只有500K左右。

4 報警

　　大森3i-G數控系統為用戶提供了8個PLC用戶報警,地址分別是570—577,每個報警對應一個報警地址,當序列發生器輸入的時候,這個地址就有一個輸出信號,信號可以去帶動需要控制的通道,達到自己的目的。同時顯示器上還能顯示一個長度為半角20字以內的提示信息。現舉例說明。(圖3)

5 整機調試時出現的問題

　　5.1 輔助電源接通后軸驅動器ERR-9報警

　　驅動器9號報警為編碼器故障,原因是鉗工裝配齒輪過程中,敲擊齒輪時震動了光柵,導致編碼器出現錯誤,重新調整編碼器后正常。

　　5.2 伺服單元出現13號報警

　　原因:機械負載過大。

　　解決:檢查軸承被帽、導軌楔鐵松緊度及絲杠平行度等。整機調試過程中還出現一些其他問題,比如系統開機后顯示器顯示基本輸入輸出錯誤,主軸轉速與實際不符,伺服進給距離與實際指令不符,主軸編碼器硬件故障,伺服未準備好等。經過查閱系統說明書及聯系廠家人員故障得到解決,使自身對本套系統的理解又提升了一步。

6 結語

　　通過應用大森3i-G數控系統對NO88臥式車床的數控化改造后,設備的運行狀況和加工能力均有大幅提高,而且對加工件產品質量的控制能力也有一定的提升,我充分體會到應用比較先進的數控系統對老設備改造,確實是一條提升老舊設備的有效途徑。同時使一臺幾乎廢掉的設備,重新找回它原有的價值。成功改造這臺數控車床后,對大森數控系統有了深入的了解,優點方面本人覺得系統的穩定性和操作性不比安川、三菱、FANUC等進口大品牌差,維修人員反映故障率很低。缺點方面是伺服驅動器內部的DC5V濾波小電容常有擊穿現象,原有電容工作電壓是25V的,更換耐壓50V的以后沒有再出現問題。伺服驅動器及伺服電機功率小,只適合6150型的臥式車床改造,大型的立式車床此系統就望塵莫及了。希望廠家早日推出大功率數控系統。