立式加工中心數(shù)控系統(tǒng)改造

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）

1 機(jī)床的狀態(tài)分析及目標(biāo)設(shè)定

一臺(tái)辛辛那提機(jī)床公司Sabre1000三軸立式加工中心購(gòu)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(shí)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(duì)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?；诖耍瑳Q定對(duì)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(dòng)集中潤(rùn)滑系統(tǒng)。

2 機(jī)床機(jī)械部分的改造

首先拆卸工作臺(tái)、十字滑臺(tái)、主軸箱，布置安裝集中潤(rùn)滑系統(tǒng)管路。機(jī)床的原主軸采用RHP X7014油霧潤(rùn)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(cè)確認(rèn)，現(xiàn)在采用脂潤(rùn)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(rùn)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(rùn)滑軸承更換主軸原軸承，并對(duì)主軸進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)。然后安裝電機(jī)、工作臺(tái)、十字滑臺(tái)、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 數(shù)控系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)裝置選用

3.1 選擇數(shù)控系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)，是國(guó)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(dòng)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(gè)方面考慮，一是設(shè)計(jì)人員是否熟悉該系統(tǒng)，熟悉的話，設(shè)計(jì)和以后的維護(hù)就相對(duì)簡(jiǎn)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(diǎn)，選定數(shù)控系統(tǒng)之后，還要注意其選項(xiàng)配置，哪些應(yīng)該選，哪些可以不選需要根據(jù)實(shí)際情況認(rèn)真考慮。某些選項(xiàng)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(dòng)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(jià)比、高集成度的中檔數(shù)控系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)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 系統(tǒng)連接和調(diào)試

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(jì)圖紙將數(shù)控系統(tǒng)的CRT/MDI單元、伺服驅(qū)動(dòng)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(qǐng)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(dòng)手冊(cè)》、《系統(tǒng)參數(shù)說明書》、《連接說明書（功能篇）》等，其中《啟動(dòng)手冊(cè)》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(shí)基本參數(shù)的設(shè)置方法，其它說明書需要單獨(dú)訂購(gòu)。數(shù)控系統(tǒng)調(diào)試時(shí)還需要一臺(tái)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(dòng)時(shí)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(jiǎn)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?；緟?shù)具體設(shè)定步驟及方法在《啟動(dòng)手冊(cè)》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(yùn)行做好了準(zhǔn)備。在這一環(huán)節(jié)中，有些參數(shù)設(shè)定錯(cuò)誤值后，系統(tǒng)會(huì)報(bào)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(cuò)誤值后是不會(huì)報(bào)警的，比如伺服設(shè)定中的柔性齒輪比、參考計(jì)數(shù)器容量等參數(shù)，設(shè)定錯(cuò)誤值后，機(jī)床進(jìn)給和回參考點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)異常，而這些異常只能在機(jī)電聯(lián)調(diào)的時(shí)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(rùn)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(duì)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(diǎn)和難點(diǎn)。

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(yùn)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(duì)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(duì)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(dòng)或回零方式下的軸的控制、急停信號(hào)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(shí)際調(diào)試時(shí)，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(shí)各輸入輸出點(diǎn)的變化和內(nèi)部寄存器的變化在軟件界面內(nèi)也會(huì)實(shí)時(shí)顯示，就可以對(duì)基本功能進(jìn)行逐一測(cè)試了。由于系統(tǒng)對(duì)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(rùn)滑、冷卻、報(bào)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(yàn)。下面以改造過程中自動(dòng)換刀功能的實(shí)現(xiàn)做簡(jiǎn)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(shí)，NC調(diào)用并執(zhí)行宏程序O9001，宏程序控制整個(gè)換刀流程，執(zhí)行過程中，NC和PMC進(jìn)行信息交換，具體動(dòng)作由PMC根據(jù)宏程序指令驅(qū)動(dòng)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(yùn)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(gè)比較理想的狀態(tài)。這項(xiàng)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(gè)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(yùn)行正常之后，需要對(duì)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(chǔ)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(qǐng)參照《參數(shù)說明書》。

5 結(jié)束語

本文介紹了一個(gè)利用FANUC數(shù)控系統(tǒng)對(duì)加工中心進(jìn)行改造的實(shí)例，對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的選型和實(shí)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(duì)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(gòu)買新機(jī)床能節(jié)省約50%的資金。同時(shí)，經(jīng)過改造調(diào)試這一過程，技術(shù)人員對(duì)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(dòng)手冊(cè).

[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(cè).