摘 要　針對(duì)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(shí)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(dāng)數(shù)量的早期數(shù)控設(shè)備由于數(shù)控系統(tǒng)老化、過時(shí)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(zhǎng)設(shè)備使用壽命和提高精度及穩(wěn)定性為出發(fā)點(diǎn)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(biāo)。公司的一臺(tái)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(rèn)為：對(duì)該設(shè)備進(jìn)行數(shù)控部分系統(tǒng)性的升級(jí)改造要比東拆西補(bǔ)式的維持性修理更經(jīng)濟(jì)、更合理。

改造數(shù)控設(shè)備，重要的一點(diǎn)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(jī)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(duì)設(shè)備的性能、使用操作、各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)等進(jìn)行全面的掌握、了解，熟悉機(jī)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(chǎng)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(tái)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(jī)，并由FANUC交流主軸驅(qū)動(dòng)裝置以及FANUC直流伺服進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置構(gòu)成數(shù)控系統(tǒng)的主體。CNC控制一個(gè)主軸、2個(gè)進(jìn)給軸，通過內(nèi)置PLC控制機(jī)床轉(zhuǎn)塔刀架、主軸變擋、潤滑等系統(tǒng)工作。由于設(shè)備長(zhǎng)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(zhǎng)的停機(jī)時(shí)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(chǎng)現(xiàn)狀調(diào)研與分析，本著改造要有針對(duì)性與實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性與可靠性的原則，認(rèn)為FANUC數(shù)控系統(tǒng)性能先進(jìn)可靠、市場(chǎng)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(jī)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、精度高等特點(diǎn)，并且價(jià)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(jī)構(gòu)

原機(jī)床主軸系統(tǒng)使用FANUC交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(jiǎn)單、維護(hù)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(jī)及其驅(qū)動(dòng)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(dá)信號(hào)的接口配置，同時(shí)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(jī)及伺服控制單元，所用電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩為25N·m，額定轉(zhuǎn)速2000r/min?？紤]到實(shí)際使用中原直流伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護(hù)困難以及目前技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，而采用了FANUC數(shù)字式交流伺服驅(qū)動(dòng)單元及Alpha交流伺服電機(jī)進(jìn)行替換。選擇的電機(jī)規(guī)格為α30/2000型，其轉(zhuǎn)矩為30N·m，轉(zhuǎn)速為2000r/min( X軸電機(jī)帶抱閘制動(dòng)器）。

3．?dāng)?shù)控系統(tǒng)選用

FANUC OTC控制機(jī)，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(jī)床操作面板部分

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

5．主軸變擋及轉(zhuǎn)塔刀架控制部分

考慮到機(jī)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(duì)主軸潤滑、導(dǎo)軌潤滑機(jī)構(gòu)及位置分別進(jìn)行了改動(dòng)和調(diào)整，以達(dá)到修換方便、快捷的目的。

6．機(jī)床電氣控制箱部分

重新設(shè)計(jì)配置了機(jī)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．?dāng)?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(jìn)行相應(yīng)參數(shù)選配和設(shè)定。如518、519號(hào)參數(shù)內(nèi)容為X、Z軸快速進(jìn)給速度設(shè)定值，其設(shè)定范圍為30一24000mm/min，根據(jù)機(jī)床實(shí)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(hào)參數(shù)屬機(jī)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(jī)床軟件工作行程容許區(qū)限，由于檢測(cè)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(jìn)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．?dāng)?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(diǎn)，其中PLC程序編程設(shè)計(jì)中各類信號(hào)地址使用與分配具體按表1來執(zhí)行。

表1

上述各類信號(hào)狀態(tài)及變化情況可通過操作機(jī)床操作面板上的DGNOS鍵進(jìn)入自診斷畫面來查詢，從而確認(rèn)數(shù)控系統(tǒng)與機(jī)床之間的接口信號(hào)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(shí)用RAM完成，調(diào)試完畢后存入EPROM。

PLC編程是用繼電器符號(hào)形式制作梯形圖，根據(jù)梯形圖進(jìn)行編程并將程序輸入ROM后用于機(jī)床的實(shí)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(hù)。

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(shí)現(xiàn)字符和圖形顯示功能、可用計(jì)算機(jī)軟件編程，提高了機(jī)床使用與操作效率。

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

5．機(jī)床可靠性得到全面加強(qiáng)。

該設(shè)備原值67.5萬元，這次數(shù)控系統(tǒng)改造費(fèi)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(yuǎn)低于購買相同類型數(shù)控機(jī)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。