當(dāng)前國內(nèi)經(jīng)濟(jì)建沒飛速發(fā)展，機(jī)械工業(yè)的自動(dòng)化程度急需提高。我國絕大多數(shù)企業(yè)的設(shè)備陳舊、技術(shù)落后，且效益不好，資金短缺，故設(shè)備改造已成為經(jīng)濟(jì)建設(shè)的第一環(huán)節(jié)。如何選擇和配置數(shù)控系統(tǒng)，是數(shù)控設(shè)備改造工作的首要問題。如何降低改造成本，使改造項(xiàng)目的綜合指標(biāo)達(dá)到最佳，是人們最關(guān)注、最擔(dān)憂的問題。本文將介紹改造MC340機(jī)械加工中心工作中數(shù)控系統(tǒng)的選擇與配置思路和實(shí)際配置大概情況，以及經(jīng)濟(jì)效益，希望對(duì)設(shè)備改造工作有所幫助。
1 數(shù)控系統(tǒng)的選擇
1) 改造MC340加工中心的意義
某廠的MC340加工中心的數(shù)控系統(tǒng)遭到意外傷害后，不能修復(fù)，而原設(shè)計(jì)存在著一些問題。為了修復(fù)機(jī)床，克服原設(shè)計(jì)的不足，所以提出進(jìn)行改造。
所謂的改造，就是在保持原有功能和性能的基礎(chǔ)上，增加新的功能，或者提高性能，或者是提高技術(shù)指標(biāo)，以達(dá)到提高生產(chǎn)率，增加經(jīng)濟(jì)效益的目的。
改造數(shù)控機(jī)床，首要問題是如何選用數(shù)控系統(tǒng)。一臺(tái)數(shù)控設(shè)備性能的好壞，主要取決于數(shù)控系統(tǒng)的,件能。而改造后的設(shè)備要比改造前的設(shè)備性能有所改進(jìn)，有所提高，這是其改造的目的。那么要達(dá)到這一目的，所選用的數(shù)控系統(tǒng)的性能就應(yīng)有所提高，配置就應(yīng)有所改進(jìn)。
改造工作的第一步，就是要對(duì)所改造的設(shè)備的性能、功能、各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)全面分析、了解，掌握電氣工作原理，初步確定改造工作的目標(biāo)，依據(jù)市場調(diào)研情況，擬定改造方案，提出綜合指標(biāo)，再根據(jù)綜合指標(biāo)結(jié)合市場情況進(jìn)行論證和審核改造方案，使改造項(xiàng)目的綜合指標(biāo)達(dá)到最佳。
2) MC340加工中心原配置情況簡介
MC340機(jī)械加工中心，是一臺(tái)高精密、高效率、高可靠性的數(shù)控機(jī)床，系德國STAMA公司1994年研制的最新成果，機(jī)床共有8個(gè)軸，線性插補(bǔ)4個(gè)軸，工作時(shí)要求Z，X，Y，A四軸聯(lián)動(dòng)，數(shù)控系統(tǒng)采用日本FANUC公司的32bit-FS15M數(shù)控系統(tǒng)，交流200V驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，S系列伺服系統(tǒng)，通過STAMA公司研制的接口等組件，揉和了德國西門子公司的交流165V模擬驅(qū)動(dòng)和伺服系統(tǒng)。CNC控制1個(gè)主軸，4個(gè)進(jìn)給軸，PMC通過接口控制刀庫、機(jī)械手直線運(yùn)動(dòng)和擺式工作臺(tái)3個(gè)模擬軸。這樣的配置在1995年以前，可謂領(lǐng)導(dǎo)世界新潮流。FANUC-15系統(tǒng)運(yùn)算速度較快，程序儲(chǔ)存量較大。但是，由它控制1個(gè)主軸,4個(gè)進(jìn)給軸，這樣造成一臺(tái)設(shè)備有NC軸5個(gè)，PLC軸3個(gè)，一套控制系統(tǒng)由三家公司產(chǎn)品組合，使結(jié)構(gòu)分散，電氣工作原理和邏輯關(guān)系復(fù)雜化，控制不夠嚴(yán)密，故障率較高，不便于維修。
3) MC340加工中心刀庫的特殊性
MC340加工中心刀庫伺服使用西門子4.5Nm,輸出端軸徑為小19mn:的伺服電機(jī)，傳動(dòng)部分采用齒輪交鏈，主動(dòng)齒輪齒根緣為?30。FANUC伺服電機(jī)輸出端最小軸徑為?31，其他公司的產(chǎn)品的軸徑都較大，倘若改用其他公司產(chǎn)品，刀庫機(jī)械結(jié)構(gòu)將要作很大的改動(dòng)，需要投人很大的人力和物力，直接影響改造周期。機(jī)械手直線運(yùn)動(dòng)、擺式工作臺(tái)也將相應(yīng)有較大的改動(dòng)。由于這一特殊性，這3個(gè)軸便確定了使用西門子伺服電機(jī)。
4) 西門子數(shù)控系統(tǒng)基本配置情況
SIEMENS-805系統(tǒng)可控制1個(gè)主軸，4個(gè)進(jìn)給軸，配611A模擬驅(qū)動(dòng)，3個(gè)線性插補(bǔ)軸。SIEMENS-810系統(tǒng)可控制2個(gè)主軸,5個(gè)進(jìn)給軸，配611A模擬驅(qū)動(dòng)，3個(gè)線性插補(bǔ)軸。SIEMENS-840D/NCU572、573可控制5個(gè)主軸，8個(gè)進(jìn)給軸，配611D全數(shù)字驅(qū)動(dòng)，8個(gè)線性插補(bǔ)軸。SIEMENS-840C可控制15個(gè)模擬軸，15個(gè)數(shù)字軸，6個(gè)主軸，5個(gè)線性插補(bǔ)軸。
5) 改造方案的確定
根據(jù)上述情況，可擬定兩個(gè)改造方案，第一方案使用FANUC-18數(shù)控系統(tǒng)，全數(shù)字驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，a伺服電機(jī)。由NC控制5個(gè)軸，研制接口，PLC通過接口控制3個(gè)軸的驅(qū)動(dòng)。這3個(gè)PLC軸使用西門子611A驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，交流380V模擬伺服電機(jī)。第二方案，使用西門子840D/NCU572全數(shù)字?jǐn)?shù)控系統(tǒng)，611D全數(shù)字驅(qū)動(dòng)，1FT6伺服電機(jī)和1PH7主軸電機(jī),NC直接控制8個(gè)軸。
通過市場調(diào)研，第一方案，F(xiàn)ANUC-18數(shù)控系統(tǒng)，5個(gè)軸的全數(shù)字驅(qū)動(dòng)和a伺服電機(jī)費(fèi)用為45萬元，其他附件12萬，西門子的3個(gè)模擬驅(qū)動(dòng)和伺服系統(tǒng)9.6萬。研制接口需材料費(fèi)5萬，共計(jì)對(duì)外支出費(fèi)用達(dá)71.6萬。經(jīng)分析，研制接口工作周期需一年時(shí)間，況且成功的可能性較小。第二方案，西門子數(shù)控系統(tǒng)包括所有附件，總費(fèi)用為43萬。根據(jù)兩個(gè)方案的對(duì)比，第一方案的改造周期長，困難較大，缺陷較多，技術(shù)難度大，而且成功率較低。第二方案改造周期短，結(jié)構(gòu)嚴(yán)密，控制集中，電氣工作原理比較簡單，性能和技術(shù)指標(biāo)較高，成功率高。再則，第二方案比第一方案少開支經(jīng)費(fèi)28.6萬元，由于改造工作周期短，可節(jié)約大量的人力和物力。根據(jù)當(dāng)前數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的動(dòng)態(tài)，預(yù)測SIEMFNS-840D數(shù)控系統(tǒng)五年之內(nèi)不會(huì)落后。經(jīng)過反復(fù)論證，最終確定第二方案。
2 數(shù)控系統(tǒng)的配置
·原機(jī)床主軸使用Pe=18kW, N=1500～6000r/min主軸電機(jī)。改用西門子1PH7-133, Pe=20kW, N=2000～8000r/min主軸電機(jī)。
·X、Y軸伺服，原機(jī)床使用Md=22Nm, N=3000r/min伺服電機(jī)。改用西門子1FT6086 , Md=30Nm, N=3000r/min(不帶制動(dòng)器)伺服電機(jī)。
·Z軸伺服，原機(jī)床使用Md=30Nm, N=3000r/min伺服電機(jī)�？紤]到Z軸為重負(fù)荷啟動(dòng)，直接影響到換刀時(shí)間，只能選用Md等于或大于30Nm，且?guī)е苿?dòng)器的伺服電機(jī)，所以選用西門子1FT6105, Md=50Nm, n=3000r/mic、帶制動(dòng)器的伺服電機(jī)。
·分度頭伺服電機(jī)原采用Md=12Nm, n=3000r/min的模擬伺服。而分度頭的機(jī)械參數(shù)最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩小于450Nm，其機(jī)械傳動(dòng)比為180:1。若傳動(dòng)效率按90%計(jì)算，那么最大驅(qū)動(dòng)扭矩應(yīng)為
Md=450×1/180÷90/100=2.8Nm
所以選用西門子1 FT6044, n 1d = 4. 5Nm, n=3000r/min的伺服電機(jī)。
·刀庫、機(jī)械手、擺式工作臺(tái)原配西門子1FT5064, Md=4.5Nm, n=2000r/min，改用1FT6044, Md=4.5Nm，n=3000r/min的伺服電機(jī)。
·電源模塊的配置：由于機(jī)床工作要求主軸、Z軸、X軸、Y軸、A軸同時(shí)動(dòng)作，其余二軸不與主軸同步運(yùn)行。故電源模塊
P=(Ps+PZ+PX+Pp+Pa)÷92%=(20+13+7+7+1.3)÷92%=52.5kW
所以選用西門子6SN1145-55kW，進(jìn)線為交流380V的電源模塊。
·取消原8OkW隔離變壓器，增設(shè)西門子6SNl 155kW電抗器，用來阻隔非正弦波的侵人。
·驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)使用611D全數(shù)字交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，使用600V直流母線，及總線連接。。
·系統(tǒng)選用西門子840D-NCU572。
·取消原機(jī)床操作面板，改用西門子MMC100.2機(jī)床操作面板，簡化電氣控制線路。
·利用840D的功率顯示取代原主軸轉(zhuǎn)矩顯示，使顯示集中在顯示屏中。
·取消精密電位器，利用高精密增量編碼器實(shí)現(xiàn)粗、精定位。
3 系統(tǒng)配置的結(jié)果
1) 840D-NCU572性能特點(diǎn)
·測量回路為8個(gè)；
·進(jìn)給軸8個(gè)，可控制主軸5個(gè)，線性插補(bǔ)軸8個(gè)；
·PLC最大I/O點(diǎn)384個(gè)；
·零程序存儲(chǔ)(擴(kuò)展)256kB；
·位置控制器最小采樣時(shí)間1/0.5ms；
·插補(bǔ)器最小采樣時(shí)間4/2ms；
·塊循環(huán)時(shí)間10/5ms；
·最大進(jìn)給率999；
·具有中文環(huán)境，同時(shí)程序輸人和執(zhí)行；
·具有圖形模擬和極坐標(biāo)。
2) 優(yōu)越性
·原機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)為分散裝配，占用空間大，線路多而復(fù)雜。840D數(shù)控系統(tǒng)全部為模塊化，配置靈活，裝配方便，結(jié)構(gòu)嚴(yán)密，安裝連接線少。
·原NCU控制5個(gè)軸，PLC通過STAMA接口板控制3個(gè)軸。840D-NCU572數(shù)控系統(tǒng)直接控制8個(gè)軸，實(shí)現(xiàn)8軸全數(shù)字化處理，運(yùn)算速度快，功能強(qiáng)大。
·原操作控制使用普通按鈕，線路復(fù)雜，故障率高。西門子MM100.2機(jī)床控制面板具有高集成化，結(jié)構(gòu)緊湊，無需連接控制線。
·保留了原系統(tǒng)的所有功能，增加了藍(lán)圖編程、圖形模擬、背景操作功能，并且840D具有前視功能和友好的人機(jī)界面，及611D全數(shù)字驅(qū)動(dòng)優(yōu)異的動(dòng)態(tài)特性，可提高加工精度、表面質(zhì)量及加工效率。
4 結(jié)語
在設(shè)備改造工作中，改造方案的確定，數(shù)控系統(tǒng)的選擇，系統(tǒng)的配置至關(guān)重要，關(guān)系到改造項(xiàng)目的成功與否，對(duì)技術(shù)指標(biāo)、實(shí)施辦法、改造工作計(jì)劃、經(jīng)濟(jì)效益，以及今后技術(shù)發(fā)展的預(yù)測等等的每一個(gè)環(huán)節(jié)都應(yīng)認(rèn)真、仔細(xì)地推敲、論證，反復(fù)對(duì)比，力求高質(zhì)量、高性能、高可靠性、可維修性，工作周期短，經(jīng)濟(jì)效益高，使改造后的設(shè)備性能、技術(shù)指標(biāo)超過原設(shè)計(jì)。使改造項(xiàng)目的綜合指標(biāo)達(dá)到最佳，從而達(dá)到提高企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益，增強(qiáng)企業(yè)參與市場競爭的能力。 |
