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立式加工中心電氣改造工程
閱讀：222 發(fā)布時間：2020-8-12該設備是武漢江漢石油儀器儀表廠于上世紀九十年代初從德國 進口的精密加工機床。為工廠生產服務已近三十年的時間。由于企 業(yè)管理完善，設備長時間得到保養(yǎng)，設備及附件的整體性能不錯， 完整程度比較高，而且設備機械部分的精度保持很好。在這些設備 儀器上仍然可以寄加工出高精度的產品零件。但是設備畢竟時間久 遠，且受到空氣等腐蝕該設備在電氣控制部分上問題較多，有些問 題還很嚴重。比如：數(shù)控系統(tǒng)經常不知原因的死機、黑屏。電柜內 的控制器件因老化經常出現(xiàn)故障、機床電纜也老化破損嚴重導致產 生誤動作。由于設備電氣控制部分故障的原因經常導致機床加工中 斷、或產生不合格產品。再者時間久遠，系統(tǒng)的備件供應困難，維 修費用不斷增高。設備經常處于停機待維修狀態(tài)。
2設備電氣改造的可行性探討及數(shù)控系統(tǒng)的選型
鑒于該設備機械部分的良好狀態(tài)，加工工藝范圍也非常適合工 廠生產產品的需求。與其將錢花費在不斷增高的電氣備件維修上， 不如一次性投入將包括數(shù)控系統(tǒng)在內的所有電氣部分更換一新，恢 復機床原有的全部功能。考慮到數(shù)控系統(tǒng)正常的使用周期一般在十 年左右，在機械部分正常保養(yǎng)和使用的情況下，改造后設備在十年 內將不會有大的維修費用支出。在不用投入很多費用進行機械翻新 的前提下，進行或不進行電氣改造的判斷就很容易的被得出了。
使用什么品牌的數(shù)控系統(tǒng)及其配套產品來替換原有的產品，我 們進行了較長時間的思考。原因有很多方面，首先我們希望使用具 有良好穩(wěn)定性的進口數(shù)控系統(tǒng)，因為硬件的可靠性和穩(wěn)定性是 *的。其次在系統(tǒng)的編程及使用上，要求能與舊的數(shù)控系統(tǒng)在 功能上相匹配，如：自動選擇切入、切出封閉輪廓的軌跡編程，擁 有在鉆孔方向自動遞減的深孔鉆削循環(huán)，擁有多種組合形狀和加工 順序的陣列孔加工等*功能。其次要與其他配套產品的配套可靠 性要好，性能發(fā)揮充分。如：數(shù)控系統(tǒng)同伺服驅動系統(tǒng)及電機、數(shù) 控系統(tǒng)同位置測量系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)與可編程控制器等。后整體配 套費用也應是被考慮的因素。綜合幾方面的情況，也有對同樣是德 國制造的信任，我們經過不斷對比分析，終選擇了德國海德漢公 司生產的TNC 320數(shù)控系統(tǒng)，該設備海德漢LS1378C直線型光柵尺、 內裝型PLC可編程控制器及ROD700角度編碼器。配套日本安川公 司生產的CIMR-F7M系列的主軸驅動器及電機、安川生產的SGDM 系列進給軸伺服放大器及電機。
舊主軸的驅動使用的是4KW的雙速控制三相異步電機，用PLC 控制的繼電器邏輯進行電機的正/反轉、平滑啟動、及快慢速控制。 主軸換擋使用三個可正/反向旋轉的直流電機帶動機械撥叉進行齒 輪級的切換。配合主軸電機的雙速控制，可實現(xiàn)機床加工主軸40到 4000轉速范圍內的21級固定轉速變化。操作控制時操作者需在控制 系統(tǒng)上對應輸入21個命令代碼，PLC控制進行電機的速度選擇及相 應檔位的切換動作。
由于舊主軸電機故障頻繁，維修費用較高。再者這種輸入21個 命令代碼的操作方式也很繁瑣，不及現(xiàn)在流行的轉速直接輸入方式 *。改造時我們首先選用了伺服驅動主軸電機代替了舊的三相異 步電機，提高了控制特性。其次由于機械結構不易改動的原因，齒 輪切換的驅動方式沒有改變，但由以前的21級齒輪變換減少到3級。 在各級轉速范圍內利用驅動器的變頻調速功能實現(xiàn)無級調速，這樣 由以前的21級速度控制升級到范圍內的全速度控制。后，為了避 免這種改動造成主軸扭矩的損失，我們在兩個方面采取了相應措施： 經數(shù)據測算優(yōu)化3檔的分級范圍；經數(shù)據測算選用更大功率的主軸 電機。保證了主軸扭矩輸出在工作范圍內不低于原有的指標。
首*行的是舊數(shù)控系統(tǒng)及相關部分的拆除、舊伺服系統(tǒng)的拆 除、電機的拆除、控制元器件的拆除、電柜配電盤的清理、機床外 圍電纜電線的拆除等等清理工作。在清理工作的過程中有條件讓我 們進一步分析、理解原機床的設計控制思想，及時修改在設計階段 產生的技術錯誤。在這之后，開始進行新系統(tǒng)的安裝、電機的安裝、 位置檢測器件的安裝、控制元器件的安裝等工作。在中間不斷有需 要根據現(xiàn)場情況，臨時做工藝技術調整的狀況。后，進行新系統(tǒng) 各部分的電氣互連。由于電氣改造工程的*性，我們的設計資料 不可能像新機床設計那樣出具非常全面的電氣互聯(lián)圖，也不可能出 具機床電氣分部份詳細的接線圖。全部電氣圖紙以能滿足現(xiàn)場施工 配線為目的。具體走線等電氣工藝問題需要現(xiàn)場施工人員憑經驗解 決。
這是整個電氣改造工程重要的過程，先前所有的在技術上 的準備，都要在這個階段落到實處。機床參數(shù)要進行精調，用以配 合該機床的機械特性，產生的加工效果。各種原機床可以實現(xiàn) 的功能都要一一調試出來，PLC程序要進行全面的修改和補充，所 有碰到的技術問題都無法回避，必須依次*解決。具體講也可分 為幾個階段：
(1) 將機床調試成為普通銑床。各進給軸應能正常運行，回零、 限位保護都可實現(xiàn)，進給軸在各種速度下運行都應平穩(wěn)。主軸換擋 功能的實現(xiàn)，正/反轉平穩(wěn)，主軸動態(tài)響應參數(shù)要進行優(yōu)化，進給 軸的優(yōu)化，主軸的松緊刀控制，液壓系統(tǒng)的起停控制，導軌潤滑的 定時控制等等。
(2) 在第一步的基礎上進一步將機床調試成為加工中心機床。 實現(xiàn)主軸的定向功能，實現(xiàn)刀庫旋轉的回零功能、手動旋轉功能、 自動尋刀旋轉功能、換刀機械手地初始化、換刀機械手的手動分解 動作、自動換刀動作的聯(lián)動、與刀庫的換刀點調整、等等。
(3) 將機床調整為全閉環(huán)控制。調整機床參數(shù)消除運行震動。 調試機床附件、全閉環(huán)回轉工作臺。調試機床加工冷卻系統(tǒng)。調試 機床門開關與保護功能。
該機床經過電氣改造后，經過多次試驗順利完成了工廠內部的 全部驗收工作，機床全部控制功能都已可靠地實現(xiàn)。試驗結果用事 實證明了終電氣改造工作驗收合格。現(xiàn)在該機床正在加工車間為 工廠的產品生產可靠的服務著。
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