孔雪峰 KONG Xue-feng;崔巍 CUI Wei;張少宏 ZHANG Shao-hong
(航宇救生裝備有限公司,襄陽 441003)
(AVIC Hangyu Life-saving Equipment Co.,Ltd.,Xiangyang 441003,China)
一臺辛辛那提機(jī)床公司Sabre1000三軸立式加工中心購置于1996年,采用VICKERS ACRAMATIC A2100數(shù)控系統(tǒng)。經(jīng)過多年的使用,系統(tǒng)穩(wěn)定性隨著時間變遷也越來越差,機(jī)床經(jīng)常處于停機(jī)待修狀態(tài),給生產(chǎn)帶來了較大影響。對機(jī)床精度進(jìn)行預(yù)檢,發(fā)現(xiàn)機(jī)床直線軸幾何精度保持較好;機(jī)床主軸精度喪失,噪聲較大,需更換機(jī)床主軸軸承?;诖?,決定對機(jī)床進(jìn)行改造,以恢復(fù)其精度和功能。主要內(nèi)容包括:電氣和控制系統(tǒng)全部更新;更換主軸軸承;增加自動集中潤滑系統(tǒng)。
首先拆卸工作臺、十字滑臺、主軸箱,布置安裝集中潤滑系統(tǒng)管路。機(jī)床的原主軸采用RHP X7014油霧潤滑軸承,軸承外圈有一圈環(huán)形油槽,不易買到。機(jī)床最高轉(zhuǎn)速為8000 rpm,查閱軸承技術(shù)手冊確認(rèn),現(xiàn)在采用脂潤滑軸承自然冷卻的主軸,最高轉(zhuǎn)速可達(dá)12000rpm,因此使用脂潤滑軸承也能穩(wěn)定工作于8000 rpm,故選用NSK公司的7014A5TYNSULP4免維護(hù)脂潤滑軸承更換主軸原軸承,并對主軸進(jìn)行動平衡試驗。然后安裝電機(jī)、工作臺、十字滑臺、主軸箱等,裝配過程中保證機(jī)床幾何精度達(dá)到或接近出廠精度標(biāo)準(zhǔn)。
3.1 選擇數(shù)控系統(tǒng)和驅(qū)動裝置的原則 首先是“夠用”的原則。主要考慮機(jī)床是用于精密加工還是普通加工,機(jī)床的聯(lián)動軸數(shù)是三軸、四軸還是更多,只有在這些信息的基礎(chǔ)上才能選擇合適的系統(tǒng)。比如BEIJING FANUC公司推出的0i-D系統(tǒng)支持四軸四聯(lián)動,是國內(nèi)機(jī)床廠家使用很廣泛的一款數(shù)控系統(tǒng),但該系統(tǒng)還有僅支持三軸三聯(lián)動的基本功能版本0i-Mate-D可供選擇。其次是“適用”的原則。主要從兩個方面考慮,一是設(shè)計人員是否熟悉該系統(tǒng),熟悉的話,設(shè)計和以后的維護(hù)就相對簡單些。二是需考慮操作工人和編程人員是否熟悉該系統(tǒng)。最后還要注意一點,選定數(shù)控系統(tǒng)之后,還要注意其選項配置,哪些應(yīng)該選,哪些可以不選需要根據(jù)實際情況認(rèn)真考慮。某些選項能顯著提升系統(tǒng)的加工性能,但往往需要付出不菲的成本。
3.2 數(shù)控系統(tǒng)和驅(qū)動裝置的選擇 考慮到公司絕大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床配置的是FANUC數(shù)控系統(tǒng),本次改造的機(jī)床用于一些較為復(fù)雜的鋁合金零件的精密加工,因此選擇FANUC 0i-MD數(shù)控系統(tǒng)。該款數(shù)控系統(tǒng)是FANUC公司在2008年左右推出的高可靠性、高性價比、高集成度的中檔數(shù)控系統(tǒng)。驅(qū)動裝置則選擇高速、高精度、高效率的αi系列智能型伺服系統(tǒng)。
4.1 硬件安裝和連接 在機(jī)床不通電的情況下,按照電氣設(shè)計圖紙將數(shù)控系統(tǒng)的CRT/MDI單元、伺服驅(qū)動器、I/O板、機(jī)床操作面板、電子手輪、伺服電機(jī)等硬件安裝到位,然后完成基本電纜連接,圖1是硬件總體連接框圖,詳細(xì)說明請參照《連接說明書(硬件篇)》。
4.2 調(diào)試準(zhǔn)備 將所有硬件安裝連接好,機(jī)床電路安裝連接好后,就可以通電開機(jī)開始調(diào)試。在調(diào)試前還需要準(zhǔn)備好相關(guān)說明書,包括數(shù)控系統(tǒng)《啟動手冊》、《系統(tǒng)參數(shù)說明書》、《連接說明書(功能篇)》等,其中《啟動手冊》是隨數(shù)控系統(tǒng)硬件一起提供的,它詳細(xì)介紹了初次調(diào)試系統(tǒng)時基本參數(shù)的設(shè)置方法,其它說明書需要單獨訂購。數(shù)控系統(tǒng)調(diào)試時還需要一臺電腦以及網(wǎng)絡(luò)通訊線,用于PMC程序編寫和上傳下載、系統(tǒng)參數(shù)備份等工作。
4.3 基本參數(shù)設(shè)置 FANUC 0i-MD系統(tǒng)可以通過顯示屏上的參數(shù)設(shè)定支援畫面進(jìn)行基本參數(shù)設(shè)定,其目的一是通過在機(jī)床啟動時匯總需要最低限度設(shè)定的參數(shù)并予以顯示,二是通過簡單顯示伺服調(diào)整畫面、主軸調(diào)整畫面、加工參數(shù)調(diào)整畫面,更便于進(jìn)行機(jī)床的調(diào)整。基本參數(shù)具體設(shè)定步驟及方法在《啟動手冊》中有詳細(xì)的介紹,參數(shù)更全面的介紹需要參考《參數(shù)說明書》和《連接說明書(功能篇)》?;緟?shù)設(shè)定完成后,系統(tǒng)就為機(jī)床運行做好了準(zhǔn)備。在這一環(huán)節(jié)中,有些參數(shù)設(shè)定錯誤值后,系統(tǒng)會報警提示,根據(jù)提示可以有目的地進(jìn)行修改;而有些參數(shù)設(shè)定錯誤值后是不會報警的,比如伺服設(shè)定中的柔性齒輪比、參考計數(shù)器容量等參數(shù),設(shè)定錯誤值后,機(jī)床進(jìn)給和回參考點會出現(xiàn)異常,而這些異常只能在機(jī)電聯(lián)調(diào)的時候才能發(fā)現(xiàn)。
4.4 系統(tǒng)PMC調(diào)試 PMC是聯(lián)系CNC和機(jī)床外部機(jī)構(gòu)的橋梁,是調(diào)度管理外部機(jī)構(gòu)的核心,它包括系統(tǒng)軟硬件、用戶程序以及I/O模塊。機(jī)床外部機(jī)構(gòu)包含機(jī)床操作面板、換刀機(jī)構(gòu)、潤滑系統(tǒng)、排屑冷卻系統(tǒng)、限位開關(guān)、回零開關(guān)等,它們都需要在PMC用戶程序的統(tǒng)一調(diào)度下配合CNC共同完成對機(jī)床的控制,因此PMC編程和調(diào)試是系統(tǒng)調(diào)試中的重點和難點。
4.4.1 調(diào)試準(zhǔn)備 PMC調(diào)試工作的主要內(nèi)容是用戶程序的編寫、下載調(diào)試運行,PMC程序編寫使用FANUC LADDER-Ⅲ梯形圖編輯軟件,該軟件具有編輯、在線監(jiān)控、上傳下載程序、強(qiáng)制等功能。裝有LADDER-Ⅲ軟件的電腦可以通過以太網(wǎng)口或串口與數(shù)控系統(tǒng)主板的對應(yīng)端口通過通訊線相連接,這樣就能在線進(jìn)行程序編輯調(diào)試監(jiān)控了。程序編寫方法可以參照《FANUC PMC梯形圖語言編程說明書》。
4.4.2 系統(tǒng)PMC基本功能調(diào)試 PMC基本功能主要包括對操作面板、手輪的控制,比如工作方式的選擇、進(jìn)給倍率主軸倍率的選擇、進(jìn)給軸的選擇、手動或回零方式下的軸的控制、急停信號的處理等。為方便用戶調(diào)試,F(xiàn)ANUC公司可提供已經(jīng)編寫好的基本程序供用戶使用,實際調(diào)試時,可以直接在基本程序的基礎(chǔ)上修改完善。
將基本程序下載到系統(tǒng)中,編程軟件置于在線狀態(tài)下,此時各輸入輸出點的變化和內(nèi)部寄存器的變化在軟件界面內(nèi)也會實時顯示,就可以對基本功能進(jìn)行逐一測試了。由于系統(tǒng)對很多地址的功能進(jìn)行了限定,所以在調(diào)試過程中需要參考《連接說明書(功能篇)》。
4.4.3 系統(tǒng)PMC擴(kuò)展功能調(diào)試 PMC用戶程序中擴(kuò)展功能部分需要用戶自行編寫,包括換刀、潤滑、冷卻、報警等控制程序,完成這部分工作需要調(diào)試者具有一定PLC編程經(jīng)驗。下面以改造過程中自動換刀功能的實現(xiàn)做簡單介紹。該機(jī)床采用的是斗笠式刀庫,刀具交換指令為M06,執(zhí)行 M06指令時,NC調(diào)用并執(zhí)行宏程序O9001,宏程序控制整個換刀流程,執(zhí)行過程中,NC和PMC進(jìn)行信息交換,具體動作由PMC根據(jù)宏程序指令驅(qū)動換刀機(jī)構(gòu)進(jìn)行,見圖2。
圖2 換刀流程圖
4.5 精度補(bǔ)償在上述調(diào)試過程完成之后,機(jī)床就可以正常運行了。為了提高加工精度,需要進(jìn)行螺距補(bǔ)償和反向間隙調(diào)整,將機(jī)床的位置精度調(diào)整到一個比較理想的狀態(tài)。這項工作要利用激光干涉儀或步距規(guī)。
4.6 其它參數(shù)設(shè)定 這些參數(shù)與操作者使用習(xí)慣和安全相關(guān),比如界面顯示相關(guān)參數(shù)、坐標(biāo)設(shè)置相關(guān)參數(shù)、參數(shù)保護(hù)、宏程序保護(hù)等參數(shù)設(shè)定。其目的是給操作者提供一個友好的操作環(huán)境。
4.7 系統(tǒng)備份 系統(tǒng)調(diào)試全部完成,機(jī)床試運行正常之后,需要對系統(tǒng)參數(shù)、宏程序、PMC程序及參數(shù)進(jìn)行備份,可以采用存儲卡備份,也可以利用電腦通過通訊端口進(jìn)行備份,具體做法請參照《參數(shù)說明書》。
本文介紹了一個利用FANUC數(shù)控系統(tǒng)對加工中心進(jìn)行改造的實例,對數(shù)控系統(tǒng)的選型和實際調(diào)試的步驟、過程做了詳細(xì)說明。從企業(yè)角度來看,對老舊數(shù)控機(jī)床進(jìn)行改造,恢復(fù)其加工精度和加工效率,比購買新機(jī)床能節(jié)省約50%的資金。同時,經(jīng)過改造調(diào)試這一過程,技術(shù)人員對數(shù)控系統(tǒng)的原理、功能有了更深入的了解,有利于提高維修能力。
[1]FANUC Series oi-MODEL D/0i Mate-MODEL D啟動手冊.
[2]FANUC Series oi-MODEL D/0i Mate-MODEL D參數(shù)說明書.
[3]FANUC Series oi-MODEL D/0i Mate-MODEL D連接說明書(硬件篇).
[4]FANUC Series oi-MODEL D/0i Mate-MODEL D連接說明書(功能篇).
[5]FANUC Series oi-MODEL D/0i Mate-MODEL D維修說明書.
[6]Sabre1000電氣圖冊.