摘 要　針對CK3263數(shù)控轉(zhuǎn)塔車床數(shù)控系統(tǒng)改造的選型與應(yīng)用，闡明了數(shù)控系統(tǒng)選配中擇優(yōu)工作的重要性，同時追求節(jié)約改造資金和改造綜合效益最佳的原則。

一、概述

現(xiàn)有工業(yè)企業(yè)中有相當數(shù)量的早期數(shù)控設(shè)備由于數(shù)控系統(tǒng)老化、過時等原因而不能被充分利用，其中部分企業(yè)又存在著資金短缺的現(xiàn)狀。在這種情況下，以延長設(shè)備使用壽命和提高精度及穩(wěn)定性為出發(fā)點的數(shù)控設(shè)備改造就顯得尤為重要。降低改造成本和追求改造綜合效能最佳是企業(yè)的目標。公司的一臺國產(chǎn)CK3263數(shù)控轉(zhuǎn)塔車床已連續(xù)使用14年，其數(shù)控系統(tǒng)已老化且關(guān)鍵部件無法全面恢復(fù)，綜合考慮認為：對該設(shè)備進行數(shù)控部分系統(tǒng)性的升級改造要比東拆西補式的維持性修理更經(jīng)濟、更合理。

改造數(shù)控設(shè)備，重要的一點是正確選用好數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)的性能如何關(guān)系到機床設(shè)備性能是否能夠真正得到恢復(fù)和提高。此改造的重要一步，就是先對設(shè)備的性能、使用操作、各項技術(shù)參數(shù)等進行全面的掌握、了解，熟悉機床電氣工作原理與配置使用情況，在充分技術(shù)分析論證基礎(chǔ)上，結(jié)合數(shù)控系統(tǒng)的市場調(diào)查結(jié)果，最終確定具體改造方案。

1.改造前的狀況

這臺CK3263數(shù)控車床原有數(shù)控系統(tǒng)使用了遼寧精密儀器廠生產(chǎn)的LJ－10T－DYNAPATH型控制機，并由FANUC交流主軸驅(qū)動裝置以及FANUC直流伺服進給驅(qū)動裝置構(gòu)成數(shù)控系統(tǒng)的主體。CNC控制一個主軸、2個進給軸，通過內(nèi)置PLC控制機床轉(zhuǎn)塔刀架、主軸變擋、潤滑等系統(tǒng)工作。由于設(shè)備長期使用以及數(shù)控裝置老化等原因使數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)工作穩(wěn)定性差、系統(tǒng)故障多和備件困難等諸多問題。特別是近年來，原數(shù)控裝置中插板式的程序板、輸入輸出接口板等經(jīng)常發(fā)生故障，且備件短缺，造成修理上的困難和較長的停機時間。

2．改造選型 

根據(jù)設(shè)備使用要求和原配置工作使用狀況，經(jīng)過市場現(xiàn)狀調(diào)研與分析，本著改造要有針對性與實用性、經(jīng)濟性與可靠性的原則，認為FANUC數(shù)控系統(tǒng)性能先進可靠、市場占有率高，又為工人熟悉的操作界面。所以最終選擇了FANUC OTC數(shù)控系統(tǒng)，它是車床類通用型控制機，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、精度高等特點，并且價格適中，完全滿足設(shè)備使用與控制功能的需要。

二、數(shù)控系統(tǒng)的改造與配置

1．主軸控制機構(gòu)

原機床主軸系統(tǒng)使用FANUC交流電機驅(qū)動控制系統(tǒng)，由于使用狀況良好并且交流主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、維護方便、故障率低，所以本著節(jié)約的原則這次仍保留原主軸交流電機及其驅(qū)動控制裝置，并根據(jù)車床主軸功能需要，通過FANUC數(shù)控單元部分增加了主軸故障、零速及速度到達信號的接口配置，同時保留使用了原主軸位置脈沖編碼器等數(shù)控系統(tǒng)組成部件。

2.X、Z軸伺服系統(tǒng)

原使用FANUC直流伺服電機及伺服控制單元，所用電機額定轉(zhuǎn)矩為25N·m，額定轉(zhuǎn)速2000r/min?？紤]到實際使用中原直流伺服電機結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護困難以及目前技術(shù)發(fā)展的趨勢，而采用了FANUC數(shù)字式交流伺服驅(qū)動單元及Alpha交流伺服電機進行替換。選擇的電機規(guī)格為α30/2000型，其轉(zhuǎn)矩為30N·m，轉(zhuǎn)速為2000r/min( X軸電機帶抱閘制動器）。

3．數(shù)控系統(tǒng)選用

FANUC OTC控制機，其硬件配置與組成見圖1。

圖1　數(shù)控系統(tǒng)硬件配置與組成

4．機床操作面板部分

在FANUC OTC的CRT/MDI顯示及手動操作面板基礎(chǔ)上重新布置了機床操作控制面板。新增了X、Z軸手搖進給脈沖發(fā)生器以及RS232C通信接口等，同時增加了工作模式選擇開關(guān)與程序保護、空運轉(zhuǎn)、跳步等開關(guān)操作和相應(yīng)部分的信號燈顯示功能。

5．主軸變擋及轉(zhuǎn)塔刀架控制部分

考慮到機床原結(jié)構(gòu)完整性以及能夠滿足使用要求為目的，保留了主軸M21－M24四擋變擋和12刀位液壓轉(zhuǎn)塔刀架控制結(jié)構(gòu)，只對主軸潤滑、導(dǎo)軌潤滑機構(gòu)及位置分別進行了改動和調(diào)整，以達到修換方便、快捷的目的。

6．機床電氣控制箱部分

重新設(shè)計配置了機床電控與電纜連線等，更新了X、Z主軸伺服變壓器、控制變壓器、接觸器與直流繼電器等控制部件。

三、數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定與內(nèi)置PLC可編程控制器部分配置

1．數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)（包括PLC參數(shù)、伺服參數(shù)）選擇與設(shè)定很重要，其數(shù)控功能的開發(fā)與利用可以通過《FANUC OTC操作說明書》進行相應(yīng)參數(shù)選配和設(shè)定。如518、519號參數(shù)內(nèi)容為X、Z軸快速進給速度設(shè)定值，其設(shè)定范圍為30一24000mm/min，根據(jù)機床實際結(jié)構(gòu)和要求分別選擇設(shè)定為8000mm/min和10000mm/min。而700、701和704、705號參數(shù)屬機床軟件行程極限設(shè)定參數(shù)，該參數(shù)設(shè)定界線范圍為機床軟件工作行程容許區(qū)限，由于檢測上有誤差故行程極限的設(shè)定值應(yīng)考慮留有裕量。一般情況下，裕量值按快移進給速度乘裕量系數(shù)0.2得出。如快移速度10m/min，乘以裕量系數(shù)0.2后得到的裕量值應(yīng)是2mm。

2．數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)置可編程序控制器PLC規(guī)格為PMC-L型,I/0配置為104/72點，其中PLC程序編程設(shè)計中各類信號地址使用與分配具體按表1來執(zhí)行。

表1

上述各類信號狀態(tài)及變化情況可通過操作機床操作面板上的DGNOS鍵進入自診斷畫面來查詢，從而確認數(shù)控系統(tǒng)與機床之間的接口信號狀態(tài)是否正常。這里CNC完成數(shù)字控制功能，PLC執(zhí)行寄存順序控制程序，順序程序調(diào)試時用RAM完成，調(diào)試完畢后存入EPROM。

PLC編程是用繼電器符號形式制作梯形圖，根據(jù)梯形圖進行編程并將程序輸入ROM后用于機床的實際使用。

四、改造效果

1．原數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分散，線路多而復(fù)雜，新系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、易維護。

2．增加手搖脈沖發(fā)生器、RS232C接口裝置等使用功能，方便了操作者的使用與編程。

3．實現(xiàn)字符和圖形顯示功能、可用計算機軟件編程，提高了機床使用與操作效率。

4．具有故障自診斷、參數(shù)檢查、P/S報警信息顯示與梯圖動態(tài)顯示功能，從而提高檢修工作效率。

5．機床可靠性得到全面加強。

該設(shè)備原值67.5萬元，這次數(shù)控系統(tǒng)改造費用為18.5元，改造投資比例為27％。設(shè)備增值后的資產(chǎn)值（設(shè)備凈資產(chǎn)加上改造投資）遠低于購買相同類型數(shù)控機床的投資額，且由于投入使用以來設(shè)備故障率大幅下降，從而使生產(chǎn)效量均有了較大提高，因此取得了良好的投資效益。