當(dāng)前國內(nèi)經(jīng)濟(jì)建沒飛速發(fā)展阔拳，機(jī)械工業(yè)的自動化程度急需提高纱烘。我國絕大多數(shù)企業(yè)的設(shè)備陳舊稳诚、技術(shù)落后哗脖，且效益不好，資金短缺扳还，故設(shè)備改造已成為經(jīng)濟(jì)建設(shè)的第一環(huán)節(jié)才避。如何選擇和配置數(shù)控系統(tǒng)，是數(shù)控設(shè)備改造工作的首要問題掰废。如何降低改造成本棕优，使改造項目的綜合指標(biāo)達(dá)到最佳缴碉，是人們最關(guān)注、最擔(dān)憂的問題佣虑。本文將介紹改造MC340機(jī)械加工中心工作中數(shù)控系統(tǒng)的選擇與配置思路和實際配置大概情況叁乍，以及經(jīng)濟(jì)效益，希望對設(shè)備改造工作有所幫助弧定。
　　1 數(shù)控系統(tǒng)的選擇
　　改造MC340加工中心的意義
　　某廠的MC340加工中心的數(shù)控系統(tǒng)遭到意外傷害后则沃，不能修復(fù)，而原設(shè)計存在著一些問題锡跺。為了修復(fù)機(jī)床章迎，克服原設(shè)計的不足，所以提出進(jìn)行改造渴甜。
　　所謂的改造焚寂，就是在保持原有功能和性能的基礎(chǔ)上，增加新的功能顶猜，或者提高性能粉臊，或者是提高技術(shù)指標(biāo)，以達(dá)到提高生產(chǎn)率驶兜，增加經(jīng)濟(jì)效益的目的扼仲。
　　改造數(shù)控機(jī)床，首要問題是如何選用數(shù)控系統(tǒng)抄淑。一臺數(shù)控設(shè)備性能的好壞屠凶，主要取決于數(shù)控系統(tǒng)的,件能。而改造后的設(shè)備要比改造前的設(shè)備性能有所改進(jìn)肆资，有所提高矗愧，這是其改造的目的。那么要達(dá)到這一目的郑原，所選用的數(shù)控系統(tǒng)的性能就應(yīng)有所提高唉韭，配置就應(yīng)有所改進(jìn)。
　　改造工作的第一步犯犁，就是要對所改造的設(shè)備的性能属愤、功能、各項技術(shù)指標(biāo)全面分析口迟、了解岗命，掌握電氣工作原理，初步確定改造工作的目標(biāo)保蒲，依據(jù)市場調(diào)研情況品救，擬定改造方案，提出綜合指標(biāo)，再根據(jù)綜合指標(biāo)結(jié)合市場情況進(jìn)行論證和審核改造方案他景，使改造項目的綜合指標(biāo)達(dá)到最佳捅振。
　　MC340加工中心原配置情況簡介
　　MC340機(jī)械加工中心，是一臺高精密托足、高效率怯糠、高可靠性的數(shù)控機(jī)床，系德國STAMA公司1994年研制的最新成果贡金，機(jī)床共有8個軸壕归，線性插補(bǔ)4個軸群娃，工作時要求Z衅侥，X，Y劫瞳，A四軸聯(lián)動倘潜，數(shù)控系統(tǒng)采用日本FANUC公司的32bit-FS15M數(shù)控系統(tǒng)，交流200V驅(qū)動系統(tǒng)志于，S系列伺服系統(tǒng)涮因，通過STAMA公司研制的接口等組件，揉和了德國西門子公司的交流165V模擬驅(qū)動和伺服系統(tǒng)伺绽。CNC控制1個主軸养泡，4個進(jìn)給軸，PMC通過接口控制刀庫奈应、機(jī)械手直線運(yùn)動和擺式工作臺3個模擬軸澜掩。這樣的配置在1995年以前，可謂領(lǐng)導(dǎo)世界新潮流杖挣。FANUC-15系統(tǒng)運(yùn)算速度較快肩榕，程序儲存量較大。但是惩妇，由它控制1個主軸,4個進(jìn)給軸株汉，這樣造成一臺設(shè)備有NC軸5個，PLC軸3個撤掀，一套控制系統(tǒng)由三家公司產(chǎn)品組合狱槽，使結(jié)構(gòu)分散，電氣工作原理和邏輯關(guān)系復(fù)雜化拂谆，控制不夠嚴(yán)密申广，故障率較高，不便于維修西练。
　　MC340加工中心刀庫的特殊性
　　MC340加工中心刀庫伺服使用西門子4.5Nm,輸出端軸徑為小19mn:的伺服電機(jī)东六，傳動部分采用齒輪交鏈，主動齒輪齒根緣為?30。FANUC伺服電機(jī)輸出端最小軸徑為?31待讲，其他公司的產(chǎn)品的軸徑都較大捎鹤，倘若改用其他公司產(chǎn)品，刀庫機(jī)械結(jié)構(gòu)將要作很大的改動殃烤，需要投人很大的人力和物力亡荞，直接影響改造周期。機(jī)械手直線運(yùn)動情誊、擺式工作臺也將相應(yīng)有較大的改動水孩。由于這一特殊性，這3個軸便確定了使用西門子伺服電機(jī)
　　西門子數(shù)控系統(tǒng)基本配置情況
　　SIEMENS-805系統(tǒng)可控制1個主軸琐驴，4個進(jìn)給軸俘种，配611A模擬驅(qū)動，3個線性插補(bǔ)軸绝淡。SIEMENS-810系統(tǒng)可控制2個主軸,5個進(jìn)給軸宙刘，配611A模擬驅(qū)動，3個線性插補(bǔ)軸牢酵。SIEMENS-840D/NCU572悬包、573可控制5個主軸，8個進(jìn)給軸馍乙，配611D全數(shù)字驅(qū)動布近，8個線性插補(bǔ)軸。SIEMENS-840C可控制15個模擬軸丝格，15個數(shù)字軸撑瞧，6個主軸，5個線性插補(bǔ)軸铁追。
　　改造方案的確定
　　根據(jù)上述情況季蚂，可擬定兩個改造方案，第一方案使用FANUC-18數(shù)控系統(tǒng)溺硼，全數(shù)字驅(qū)動系統(tǒng)肥刻，a伺服電機(jī)。由NC控制5個軸邪涕，研制接口茄溢，PLC通過接口控制3個軸的驅(qū)動。這3個PLC軸使用西門子611A驅(qū)動系統(tǒng)椭集，交流380V模擬伺服電機(jī)蝉狭。第二方案，使用西門子840D/NCU572全數(shù)字?jǐn)?shù)控系統(tǒng)咳龄，611D全數(shù)字驅(qū)動撞恰，1FT6伺服電機(jī)和1PH7主軸電機(jī),NC直接控制8個軸宽缴。
　　通過市場調(diào)研，第一方案审服，F(xiàn)ANUC-18數(shù)控系統(tǒng)趾迈，5個軸的全數(shù)字驅(qū)動和a伺服電機(jī)費(fèi)用為45萬元，其他附件12萬烤惊，西門子的3個模擬驅(qū)動和伺服系統(tǒng)9.6萬乔煞。研制接口需材料費(fèi)5萬，共計對外支出費(fèi)用達(dá)71.6萬柒室。經(jīng)分析渡贾，研制接口工作周期需一年時間，況且成功的可能性較小雄右。第二方案空骚，西門子數(shù)控系統(tǒng)包括所有附件，總費(fèi)用為43萬不脯。根據(jù)兩個方案的對比府怯，第一方案的改造周期長刻诊，困難較大防楷，缺陷較多，技術(shù)難度大则涯，而且成功率較低复局。第二方案改造周期短，結(jié)構(gòu)嚴(yán)密粟判，控制集中屏糊，電氣工作原理比較簡單，性能和技術(shù)指標(biāo)較高寇淑，成功率高唯诞。再則，第二方案比第一方案少開支經(jīng)費(fèi)28.6萬元兆婆，由于改造工作周期短植嚼，可節(jié)約大量的人力和物力。根據(jù)當(dāng)前數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的動態(tài)婿哥，預(yù)測SIEMFNS-840D數(shù)控系統(tǒng)五年之內(nèi)不會落后钾非。經(jīng)過反復(fù)論證，最終確定第二方案酣矮。
　　2 數(shù)控系統(tǒng)的配置
　　原機(jī)床主軸使用Pe=18kW, N=1500～6000r/min主軸電機(jī)巨均。改用西門子1PH7-133, Pe=20kW, N=2000～8000r/min主軸電機(jī)。
　　X颅挟、Y軸伺服测捎，原機(jī)床使用Md=22Nm, N=3000r/min伺服電機(jī)弓洒。改用西門子1FT6086 , Md=30Nm, N=3000r/min(不帶制動器)伺服電機(jī)。
　　Z軸伺服律罢，原機(jī)床使用Md=30Nm, N=3000r/min伺服電機(jī)诽嘉。考慮到Z軸為重負(fù)荷啟動弟翘，直接影響到換刀時間虫腋，只能選用Md等于或大于30Nm，且?guī)е苿悠鞯乃欧姍C(jī)稀余，所以選用西門子1FT6105, Md=50Nm, n=3000r/mic悦冀、帶制動器的伺服電機(jī)。
　　分度頭伺服電機(jī)原采用Md=12Nm, n=3000r/min的模擬伺服睛琳。而分度頭的機(jī)械參數(shù)最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩小于450Nm盒蟆，其機(jī)械傳動比為180:1。若傳動效率按90%計算师骗，那么最大驅(qū)動扭矩應(yīng)為
　　Md=450×1/180÷90/100=2.8Nm
　　所以選用西門子1 FT6044, n 1d = 4. 5Nm, n=3000r/min的伺服電機(jī)历等。
刀庫、機(jī)械手辟癌、擺式工作臺原配西門子1FT5064, Md=4.5Nm, n=2000r/min寒屯，改　　用1FT6044, Md=4.5Nm，n=3000r/min的伺服電機(jī)滩哥。
電源模塊的配置:由于機(jī)床工作要求主軸下桃、Z軸、X軸溃恼、Y軸磅愤、A軸同時動作，其余二軸不與主軸同步運(yùn)行追粉。故電源模塊
　　P=(Ps+PZ+PX+Pp+Pa)÷92%=(20+13+7+7+1.3)÷92%=52.5kW
　　所以選用西門子6SN1145-55kW举库，進(jìn)線為交流380V的電源模塊。
　　取消原8OkW隔離變壓器短硼，增設(shè)西門子6SNl 155kW電抗器翩性，用來阻隔非正弦波的侵人。
　　驅(qū)動系統(tǒng)使用611D全數(shù)字交流驅(qū)動系統(tǒng)枯昂，使用600V直流母線醇帅，及總線連接。霸瘾。
　　系統(tǒng)選用西門子840D-NCU572隐听。
　　取消原機(jī)床操作面板，改用西門子MMC100.2機(jī)床操作面板唆涝，簡化電氣控制線路找都。
　　利用840D的功率顯示取代原主軸轉(zhuǎn)矩顯示唇辨，使顯示集中在顯示屏中。
　　取消精密電位器能耻，利用高精密增量編碼器實現(xiàn)粗赏枚、精定位。
　　3 系統(tǒng)配置的結(jié)果
　　840D-NCU572性能特點(diǎn)
　　測量回路為8個;
　　進(jìn)給軸8個晓猛，可控制主軸5個饿幅，線性插補(bǔ)軸8個;
　　PLC最大I/O點(diǎn)384個;
　　零程序存儲(擴(kuò)展)256kB;
　　位置控制器最小采樣時間1/0.5ms;
　　插補(bǔ)器最小采樣時間4/2ms;
　　塊循環(huán)時間10/5ms;
　　最大進(jìn)給率999;
　　具有中文環(huán)境，同時程序輸人和執(zhí)行;
　　具有圖形模擬和極坐標(biāo)戒职。
　　優(yōu)越性
　　原機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)為分散裝配栗恩，占用空間大，線路多而復(fù)雜洪燥。840D數(shù)控系統(tǒng)全部為模塊化磕秤，配置靈活，裝配方便捧韵，結(jié)構(gòu)嚴(yán)密景姓，安裝連接線少。
　　原NCU控制5個軸社衰，PLC通過STAMA接口板控制3個軸瘫盹。840D-NCU572數(shù)控系統(tǒng)直接控制8個軸，實現(xiàn)8軸全數(shù)字化處理稻漏，運(yùn)算速度快愈秕，功能強(qiáng)大舍稽。
　　原操作控制使用普通按鈕俗运，線路復(fù)雜，故障率高发液。西門子MM100.2機(jī)床控制面板具有高集成化帜贝，結(jié)構(gòu)緊湊，無需連接控制線焊辈。
　　保留了原系統(tǒng)的所有功能示谐，增加了藍(lán)圖編程、圖形模擬势送、背景操作功能拔调，并且840D具有前視功能和友好的人機(jī)界面，及611D全數(shù)字驅(qū)動優(yōu)異的動態(tài)特性猜谚，可提高加工精度败砂、表面質(zhì)量及加工效率。
　　4 結(jié)語
　　在設(shè)備改造工作中魏铅，改造方案的確定昌犹，數(shù)控系統(tǒng)的選擇坚芜，系統(tǒng)的配置至關(guān)重要，關(guān)系到改造項目的成功與否斜姥，對技術(shù)指標(biāo)鸿竖、實施辦法、改造工作計劃铸敏、經(jīng)濟(jì)效益缚忧，以及今后技術(shù)發(fā)展的預(yù)測等等的每一個環(huán)節(jié)都應(yīng)認(rèn)真、仔細(xì)地推敲杈笔、論證搔谴，反復(fù)對比，力求高質(zhì)量桩撮、高性能逸渤、高可靠性、可維修性仆腐，工作周期短骂间，經(jīng)濟(jì)效益高，使改造后的設(shè)備性能鉴凸、技術(shù)指標(biāo)超過原設(shè)計伞买。使改造項目的綜合指標(biāo)達(dá)到最佳，從而達(dá)到提高企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量驴涡，降低生產(chǎn)成本肯坊，提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益，增強(qiáng)企業(yè)參與市場競爭的能力觅符。

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