臥式加工中心數(shù)控系統(tǒng)的改造

　　CINCINNATI l 0HC是實驗室80年代末進口的臥式加工中心，原配該公司ACRAMATIC 900MC數(shù)控系統(tǒng)，直流伺服驅動；其加工范圍X軸1000mm、Y軸1000mm、Z軸800mm，并帶有￠800mm分度工作臺，轉盤型刀庫的容量為3把刀，屬大中型加工中心。由于進口時間較早，電氣控制單元集成度低，近幾年系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)故障，zui終由于缺乏備件，導致中國臺灣車床機床不能使用。 首先對機床進行了全面測試，發(fā)現(xiàn)機床的伺服系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)尚可使用，機械部件仍然保持較高的精度，但計算機控制系統(tǒng)及部分接口單元已經(jīng)損壞。在考慮價格和恢復原有機床的各種控制功能的前提下，決定選配西門子810M系統(tǒng)實現(xiàn)四軸控制三軸聯(lián)動，保留原有的機械、液壓系統(tǒng)和伺服驅動裝置，采用增量式編碼器代替原有的直線感應同步器作為位置反饋元件，采用西門子內(nèi)裝PLC控制機床的I／O點，提高中國臺灣加工中心接口的可靠性。

　　原機床采用感應同步器作為位置反饋元件進行閉環(huán)反饋，而西門子810M系統(tǒng)基本配置只能處理編碼器的反饋信號，需增加轉換模塊才能處理感應同步器的輸出信號。考慮到轉換模塊價格較高，而原機床的精度不太高（定位精度為0．02mm），數(shù)控系統(tǒng)補償單元有1000個之多，因此確定，增加脈沖編碼器與伺服電動機軸端直接相聯(lián)，實現(xiàn)位置的半閉環(huán)反饋控制。這樣也可使整個系統(tǒng)調整容易，運行更加穩(wěn)定。這里選用雙軸端編碼器實現(xiàn)與電動機軸和測速發(fā)電機相聯(lián)接，分別構成速度及位置反饋。并且，利用數(shù)控系統(tǒng)提供的眾多的補償單元，進行正、反向絲杠螺距補償和間隙補償，達到原有的機床精度。

　　采用西門子內(nèi)裝PLC完成對機床限位開關、液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、主軸換刀、刀庫管理、主軸和進給倍率以及操作面板等控制操作。原系統(tǒng)的PLC工作電壓為交流110V，而西門子PLC工作電壓為直流24V，所以需要配置直流繼電器模塊，在交直流隔離的情況下，實現(xiàn)西門子PLC與機床原輸人、輸出點的連接。

　　主軸部分：機床主軸驅動只是一個速度單元，開環(huán)控制；主軸的準停由機械裝置和PLC控制?？刂七^程為：取消CNC加工中心主軸使能、掛空擋、主軸減速至20r／min以下、插定位銷使主軸定位、發(fā)出完成信號。

　　主軸掛擋過程為：收到掛擋信號、取消使能、延時確認主軸停，齒輪搖擺掛擋、發(fā)出完成信號。刀庫管理：主要完成刀庫四零、手動、自動操作、刀座號自動記憶、及其按zui短路徑?jīng)Q定刀具的運動方向及旋轉的步數(shù)。

　　自動換刀：當系統(tǒng)發(fā)出換刀指令時，Z軸退到換刀位置，同時主軸啟動定位程序，刀庫啟動選刀程序，通過機械手自動換刀，Z軸重回加工位置并啟動主軸。

　　DNC接口程序：數(shù)控系統(tǒng)的內(nèi)存較小，對復雜曲面的數(shù)控加工程序只能采用邊加工邊傳程序的方法。這種通訊方法利用循環(huán)緩沖寄存器，由PLC編程實現(xiàn)。

　　機床報警文本的建立：對機床的電壓、電流、液壓回路的壓力、液壓油面高度、潤滑狀態(tài)等傳感器進行檢測，建立異常情況CNC車床的報警文本，并在監(jiān)視器顯示，為操作者提供檢修依據(jù)。

　　改造后的機床經(jīng)激光干涉儀測試補償后，機床的定位精度、重復定位精度達到原有機床的精度；試切標準試件經(jīng)三坐標測量機測量，其直線度、圓度、孔的定位精度均達到原機床試件的加工精度。表明改造方案經(jīng)濟可行，價值200萬元的設備又重新投入使用。目前該機床在本科生教學和實驗室生產(chǎn)中發(fā)揮重要作用。