GS30數(shù)控車床電氣控制系統(tǒng)改造設(shè)計

杜微

摘 要：隨著我國制造業(yè)的發(fā)展，對數(shù)控車床的要求越來越高，而數(shù)控車床的電氣系統(tǒng)一般僅能維持10年左右時間的無故障運(yùn)行，之后故障的發(fā)生就會變得頻繁，因此為了保證設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，就需要對其進(jìn)行技術(shù)上的改造，以便提高系統(tǒng)的生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)質(zhì)量，從而為企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。因此，本文就GS30數(shù)控車床電氣控制系統(tǒng)的改造設(shè)計進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：GS30數(shù)控車床；電氣控制系統(tǒng)；改造；設(shè)計

近年來，我國的生產(chǎn)制造業(yè)迅速發(fā)展，數(shù)控車床作為生產(chǎn)制造過程中的關(guān)鍵性裝備，其運(yùn)行的安全可靠性至關(guān)重要。一般來說，數(shù)控車床包括機(jī)械與電氣兩大系統(tǒng)。對于電氣系統(tǒng)來說，能夠維持5-10年時間的無故障運(yùn)行，之后故障的發(fā)生就會變得頻繁，但是，對于機(jī)械系統(tǒng)來說，如果維護(hù)保養(yǎng)的好可穩(wěn)定運(yùn)行20-25年，且在效率、安全性方面仍然保有很高的水平。當(dāng)前，使用中的大部分?jǐn)?shù)控車床已逐步進(jìn)入“損耗期”，故障問題頻發(fā)，且在性能上也已不能滿足今天大規(guī)模、高精度的生產(chǎn)要求，這就需要對其進(jìn)行技術(shù)上的升級、改造，從而不斷提高企業(yè)生產(chǎn)效率，創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。

1數(shù)控車床電氣控制系統(tǒng)概述

1.1 數(shù)控車床的工作原理

數(shù)控車床在運(yùn)行過程中，是以被加工器件的設(shè)計圖以及工藝標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，對數(shù)控代碼及其相應(yīng)格式進(jìn)行程序方面編寫的完整過程進(jìn)行規(guī)定，在數(shù)控系統(tǒng)中進(jìn)行加工流程的輸入，并對已給出的加工流程及數(shù)據(jù)信息進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算、分析，之后將得到的結(jié)果傳送給控制系統(tǒng)，從而對車床各環(huán)節(jié)實施控制，使其能夠依照規(guī)范流程進(jìn)行穩(wěn)定的運(yùn)行，并自動實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)器件的生產(chǎn)制造?？偟膩碚f，數(shù)控車床主要用于軸類、盤類回轉(zhuǎn)體零件的加工制造，并實現(xiàn)圓柱面、圓錐面、斷面等的加工處理，因此在我國的機(jī)械制造行業(yè)具有極為廣泛的應(yīng)用，而隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，為不斷提高其生產(chǎn)效能，并盡可能的滿足當(dāng)前零件制造方面大規(guī)模、高精度的生產(chǎn)要求，必須對其進(jìn)行技術(shù)上的創(chuàng)新升級。

1.2 數(shù)控車床電氣控制系統(tǒng)電路分析

相對來說，數(shù)控車床電氣系統(tǒng)的無故障運(yùn)行時間更短，對精度、可靠性的要求也更高，下面對其控制電路進(jìn)行分析：（1）對于主軸電動機(jī)來說，多使用的是交流變頻系統(tǒng)，利用變頻器完成設(shè)備驅(qū)動，其正、反轉(zhuǎn)以及速率等方面則是依靠數(shù)控電路進(jìn)行控制的。（2）對于主軸控制來說，相關(guān)的輸入信號有M03、M04以及M05，而在操作面板上主要涉及到主軸的正、反轉(zhuǎn)，點(diǎn)動及停止，其中，正轉(zhuǎn)信號為Q0.0，反轉(zhuǎn)為Q0.1，停止為Q0.2。（3）其余相關(guān)輔助部分主要包括刀架、冷卻泵以及潤滑泵等。其中，冷卻泵中有關(guān)程序的輸入信號包括M08及M09；Q0.3是有關(guān)冷卻控制的輸出信號。對于潤滑泵來說，主要是由導(dǎo)軌潤滑鍵為其提供輸入信號，而輸出信號為潤滑控制Q06。對于刀架來說，主要是由刀位的檢測信號為其提供輸入信號，零件相關(guān)程序T代碼包括I1.0；T1；I1.1；T2；I1.2；T3；I1.3；T4；刀架正轉(zhuǎn)輸出信號為Q0.4，反轉(zhuǎn)為Q0.5。

2 GS30數(shù)控車床電氣控制系統(tǒng)改造設(shè)計

2.1改造設(shè)計基本原則

本文主要是對GS30數(shù)控車床電氣控制系統(tǒng)的改造設(shè)計進(jìn)行研究。對于數(shù)控車床來說，經(jīng)過多年的持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，不管是在機(jī)械層面，還是電氣層面都遭受了非常嚴(yán)重的老化或損耗，因此在運(yùn)行過程中的故障發(fā)生率越來越高，甚至出現(xiàn)停機(jī)現(xiàn)象，這給系統(tǒng)的安全性、可靠性均帶來了嚴(yán)重的隱患，并影響到企業(yè)的生產(chǎn)效率以及產(chǎn)品質(zhì)量。對于GS30數(shù)控車床的改造，應(yīng)充分考慮到系統(tǒng)的機(jī)械功能與電氣性能，并確保其在總體性能上保持較好的狀態(tài)。當(dāng)然，還要從經(jīng)濟(jì)與技術(shù)兩方面進(jìn)行考慮，在確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，生產(chǎn)效率提高的同時，還應(yīng)盡可能的降低生產(chǎn)成本，從而能夠創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。本文選用的是SIEMENS 840D數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行電氣控制系統(tǒng)的改造設(shè)計，如此不但能夠保有了原系統(tǒng)的操作習(xí)慣，還有效的提高了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性以及安全性，實現(xiàn)了生產(chǎn)工藝上的創(chuàng)新升級，是一種在技術(shù)及經(jīng)濟(jì)兩方面都比較理想的改造方案。

2.2改造設(shè)計方案

（1）總體技術(shù)方案

對于數(shù)控車床來說，是由機(jī)械及電氣兩個部分構(gòu)成的，因此在進(jìn)行技術(shù)方案的設(shè)計時也要從這兩個方面共同考慮，來實現(xiàn)車床各部分性能及實施方案的設(shè)計，并以當(dāng)前運(yùn)行的數(shù)控車床為依據(jù)進(jìn)行分析，對GS30數(shù)控車床電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)上的改造升級。

（2）電氣系統(tǒng)部分的改造

本文選用的是840D數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行電氣控制系統(tǒng)的改造設(shè)計，通過對原有系統(tǒng)的替換，有效的實現(xiàn)了對機(jī)床系統(tǒng)的控制。840D在軟、硬件上的配置同原系統(tǒng)性能相符，也即是1主軸+5坐標(biāo)軸，再加上雙通道；10.4寸的顯示器、全功能CNC鍵盤以及薄型MCP操作面板；選用的是具備硬盤功能的PUC，可以實現(xiàn)友好的中文人機(jī)界面呈現(xiàn)，并具備加工循環(huán)、螺補(bǔ)、圖形編碼及其模擬等各項功能；原來的系統(tǒng)被NCU單元611D驅(qū)動+1PH7主軸電機(jī)+1FT6伺服電機(jī)所取代，因此能夠保證各方面參數(shù)符合相關(guān)要求的規(guī)定；對X軸、Z軸、U軸光柵尺以及W軸編碼器進(jìn)行了替換，能夠滿足性能上的有關(guān)要求；對副主軸進(jìn)行改造，由原先的開環(huán)變?yōu)榘腴]環(huán)控制，因此能夠確保同步軸功能的實現(xiàn)；

（3）機(jī)械系統(tǒng)部分的改造

在機(jī)械部分，通過對X、Z、U以及W軸的絲杠螺母副的替換，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備精度上的提升；同時，制作了新操作站，并有效結(jié)合CNC面板、鍵盤等配件。

3改造后的驗收

改造完成后，為確認(rèn)系統(tǒng)性能是否實現(xiàn)了升級，還需要對其進(jìn)行功能上的驗收。驗收環(huán)節(jié)主要是利用各類高精度儀表來對車床的機(jī)、電等系統(tǒng)部分以及整體效能進(jìn)行檢測，包括了單項及整體效能、靜態(tài)及動態(tài)效能等，從而對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行完整的評價。其中，涉及到的驗收內(nèi)容有機(jī)床定位、幾何以及切削等的測試，以及整體運(yùn)行的性能檢驗等方面。具體來說，主要包括：（1）功能方面的檢驗，對手動以及數(shù)控功能進(jìn)行檢驗，前一項是利用手動的形式對機(jī)床M、S及T功能進(jìn)行測試，后一項則是利用系統(tǒng)程序?qū)ζ涓鱾€環(huán)節(jié)的運(yùn)行情況進(jìn)行測試；（2）車床精度的檢驗，主要是基于驗收項目以及允差為參考對其精度情況進(jìn)行測試，使用到的儀表有很多，包括磁力表座、千分表等；（3）定位及重復(fù)定位精度的檢驗，通過激光干涉儀來對X、Z、U及W 軸進(jìn)行測試，間距設(shè)置為50 mm；（4）試切件精度的檢驗，這一項主要是用來檢驗系統(tǒng)的整體性能及切割精度；（5）24 h運(yùn)行的檢驗，該項主要是用來檢驗系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性以及可靠性；（6）最后，是對驗收資料的匯總及歸檔。

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作者簡介：

杜 微（1983-），男，民族：漢，籍貫（精確到市）：河北省保定市，當(dāng)前職務(wù)：項目經(jīng)理，當(dāng)前職稱：助理工程師，學(xué)歷：本科，研究方向：設(shè)備電氣維修技術(shù)。