凸轮数控铣床的改造.docx

凸轮数控铣床的改造采用先进的西门子802D数控系统和体积小、性能好、调试方便的数字式沟通伺服系统，对某企业的一台瑞士消费的老式数控凸轮铣床进展了数控化改造，到达了旧设备充分利用、节约资金的目的。本文主要介绍了数控凸轮机床的改造步骤和改造经过中的关键技术问题。1引言机床数控化改造涉及机械、电气、计算机、伺服系统等众多技术，是一项综合性较强的工作。机床的数控改造在国外已形成产业，在国内，传统机床的数控化改造也得到高度重视并已开场施行。在机械制造领域，机床的数控化改造具有非常重要的意义，一方面可以进步机床的数控化程度，另一方面可以节约资金。本文针对某企业的凸轮铣床的数控系统和伺服系统进展改造。原数控凸轮铣床为瑞士Strausak公司消费，其数控系统采用GE公司消费的控制系统。由于该控制系统为20世纪70年度代产品，技术上相对落后，操作编程繁琐，故障频繁，工作不可靠，已经不能正常加工零件。原凸轮铣床的主要技术参数如表1所示。在改造前，首先进展了经济性分析，假如购置一台新的具有同种功能的机床，需资金30-50万元人民币，而对该机床进展改造，所需本钱为10万元人民币以下，不到新设备的1/3，因此，值得改造。同时，可以减少闲置设备。其次，我们对该机床的机械传动局部即主轴、导轨、丝杠进展了检测，发现根本上没有磨损，具有良好的精度，通过改造完全可以到达精度要求。2制定改造方案对于一台数控机床，它的功能有两类：一类是数控系统制造商提供的功能，如人机界面、程序输入、编辑、存储、图形功能，刀补和坐标系零点设置功能。另一类功能是机床厂或者系统集成商根据数控系统制造商提供的窗口二次开发后形成的功能。它主要通过机床操作面板和可编程控制器软件提供。例如，启动、停顿、手动操作、速度超调、主轴启停、冷却光滑开关等。对最终用户而言，往往没有必要分清到底是哪一类功能。应该讲第一类功能是刚性的，而第二类功能是柔性的，是可以增删的。数控化改造的经过其重点是第二类功能的形成经过。通过数控系统提供的PLC应用软件，结合实际的控制要求，联接机床及操作面板上的按钮到PLC的I/O口。对机床进展正确的控制，才是数控化改造的关键问题。2.1硬件系统分析与改造方案对原机床的操作经过、控制顺序、逻辑关系进展深化的剖析是确定改造方案的前提。原控制系统的主轴是通过变频器控制的，其它辅助功能是通过继电器控制的，控制局部体积大，电气老化，不能正常工作。经过分析，保存机床的冷却、光滑系统。主轴仍采用原变频器控制。只是把冷却光滑及变频器的控制按钮接人新的数控系统的I/O口，使控制一体化。对于进给轴，决定采用德国SIEMENS公司SINUMER-IK802D数控系统和SIMODRIVE611驱动系统进展控制。SINUMERIK802D将所有CNC、PLC、HMI和通讯任务集成于一体。免维护的硬件集成了PROFIBUS接口用于驱动和I/O模块并具有速装构造的超薄操作面板。SINUMERIK802D是基于PROFIBUS总线的数控系统。输入输出信号是通过PROFIBUS传送的，位置调节速度给定和位置反应信号也是通过PROFIBUS完成的。SINUMERIK802D可控制最多4个数字进给轴和1个主轴。SIMODRIVE611是一种功能可配置的驱动系统，具有模块化设计和PROFIBUS接口，因此各轴驱动的功率可独立配置，与SINUMERIK802D可以构成理想的组合。使用SIMODRIVE611，可以提供一种全数字化的驱动系统来知足机床在动态响应、速度调整范围和旋转精度特性等方面的要求。由于驱动系统为模块化设计，各驱动器可独立优化至其最正确状态。进给轴选用1FK6电机驱动。1FK6沟通伺服电机是永磁同步电机，带有内装光电编码器，电机按照无外部冷却设计，热量通过电机外表散发。align=center表1凸轮铣床的主要技术/align数控凸轮铣的运动如图1所示，3个进给轴X、Y、Z既可以单独运动又可以联动，其中X、Z实现直线运动，Y轴实现旋转运动，共同实现凸轮铣床加工所要求的运动。主轴由变频器单独控制。控制面板实现急停、启动、停顿、光滑冷却等功能。详细实现时考虑以下几个方面：1改造后的机床界面友好，方便操作；2对原机床电器柜内的继电器、直流电源、空气开关、熔断器和接线排等予以保存，并根据需要稍作变动；3在设计新的机床面板时尽量考虑保持原机床面板操作开关及按钮的功能设置，以方便操作人员使用。align=center图2电气连接简图/align机床的电气系统如图2所示，其中SIMODRIVE611驱动器联接3个型号为1FK6、带有光电编码器的沟通伺服电机，控制凸轮铣床的X、Y、Z轴的进给运动。该数控系统是一个半闭环系统，因为伺服电机上的编码器将信号直接反应给CNC系统，既作为位置反应，又作为速度反应，CNC发出的速度指令送人SIMODRIVE611驱动单元。2.2系统软件设计系统软件如插补、伺服、译码、数据处理等模块由西门子802D提供，用户只需在机床调试时输入相关的参数。PLC应用程序是软件开发的关键，它完成数控机床的MST功能，即除了主运动以外的辅助功能。PLC软件构造如图3所示。align=center图3PLC软件构造图/align2.3机床调试调试是数控化改造的最后一个步骤，一般包括功能性调试及试切两个方面。2.3.1功能性调试在面板制作完毕，所有硬件安装到位，PLC应用程序及机床参数编制完毕后就可以开场调试。调试的目的是数控系统和机床的适配。数控原理中把控制分为主运动坐标轴控制和辅助功能控制两局部，相应地功能性调试亦可分为坐标轴运动的调试和辅助功能调试两局部。对于西门子802D系统，当各个部件连接完毕后，那么需开场调试PLC的控制逻辑。至关重要的是必须在所有有关PLC的平安功能全部准确无误后，才能开场调试驱动器和802D参数的调试。当PLC应用程序正确无误后，即可进入驱动器的调试。其中调试经过包括以下内容：首先利用准备好的驱动器调试电缆将计算机与611UE的X471连接起来，然后调用驱动器调试工具，最后配置电机参数并调试。驱动器调试完成后，必须对NC系统即802D进展调试。首先对802D根本参数设定，参数包括线配置、驱动器模块定位、位置控制使能、传动系统参数配比、驱动器参数优化、坐标速度和加速度、位置环增益。在进展坐标轴运动主运动调试前，考虑到平安性，我们做了以下工作：1检查紧停开关和各坐标轴限位开关，确保其处于工作正常状态。2使各坐标轴运动部件处于中间。3将刀具、卡具和部件均卸下。4将主轴和进给速度超调开关位置调低，防止高速运动发生危险。坐标轴运动的调试首先从手动开场，注意各坐标轴运动方向及其坐标值的大小和定义的量是否一致，不一致时应调整机床参数。在主轴和坐标轴运动前，应检查光滑系统和冷却系统是否正常工作，以免损坏机床，在所有功能及手动运动正常后才能进展自动方式运行。2.3.2试切试切零件应选择能反映机床性能的形状，该机床为凸轮铣，我们用它加工一批7级精度的凸轮，加工完后用三坐标测量机对工件进展检查。通过试切，证明了该数控系统的功能完备，可以知足凸轮加工的精度要求。2.3.3数据备份在系统调试完毕后，进展数据备份是特别重要的。Sinumerik802D提供了多种数据备份的方法。首先将数据备份在系统内部，同时可将数据外部备份。2.4机床验收经过调试后，对机床进展精度检验。精度记录如表2。align=center表2机床改造后的精度/align3完毕语运用西门子Sinumerik802D数控系统和SIMODRIVE611驱动系统，对瑞士Strausak公司消费的凸轮铣床进展了数控改造，不仅使这台旧设备能重新投入使用，而且使机床的操作更加方便。到目前为止，该设备工作稳定，可以知足凸轮加工要求，不仅为企业节约了本钱，而且为企业带来了一定的经济效益。