旧机床CJK6125i数控化改造的几项关键技术.pdf

2 0 1 2年 2月 第 4 0卷 第4期 机床与液压 MACHI NE T OOL HYDRAUL I CS F e b ． 2 01 2 Vo 1 ． 4 0 No ． 4 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 2 ． 0 4 ． 040 旧机床 C J K 6 1 2 5 i 数控化改造的几项关键技术 李奇亮，汪彬 ，温学勇，孙义林 ，刘晓冬 南京铁道职业技 术学院 苏州校 区 ，江苏苏州 2 1 5 1 3 7 摘要在旧机床数控化改造过程中，机械装置的改装、电气控制线路的再设计、数控系统参数设置、基于硬件的 P MC 程序编制以及机电联机调试等非标准化改造技术是 目前数控化改造工作中普遍存在的技术难点。针对这些关键问题作了具 体分析 ，并阐述了具体的解决办法和技巧。该项 目的完成为学生实训设备短缺现象的解决创造了有利条件，同时提升教师 的综合能力和教学水平，为进一步扩大校企合作领域奠定坚实基础。 关键词数控化改造；P MC；车床 ；电气控制系统 中图分类号 T C , 6 8 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 2 41 1 33 C J K 6 1 2 5 i 型车床是某 院 2 0 0 1 年 购置 的一 台经济 型数 控车 ，其系统采用 的是 目前 已经停产多 年的西 门 子8 0 2 s ，刀架也采用了 目前市场少见的排刀架，不 适合学生实训；加之数控系统闲置多年 ，系统参数已 丢失 ；经过多次搬迁 ，技术资料 已遗失 ， 目前虽然机 械 系统完好 ，但 电气元件老化严重 ，控制系统亦完全 失 效。如果不对现有控制系统进行升级改造 ，整个机 床将会 完全丧失功能 。 同时 ，为满 足该 院数 控 设备 应 用 与维 护 专业 教 学 、实训以及数控机床装调维修工技能鉴定对数控设 备 电气部分的装调或维修需求，锻炼师资队伍技术水 平 ，提高相关专业的教学质量，节约购置资金 ，作者 选 择 自主改造这 台旧机床 。 1 关键技术 按照国家数控机床装调维修工职业标准⋯，数控 机床装 调维修 中、高级工 技能鉴 定分 为 1 数 控 机 床机械 和 电气部 分 的装 调 ； 2 数控 机床机 械和 电气部分的维修。为满足鉴定需要，对新装调的机床 按 照机械结构 、电气控制结构和数控 系统进行功能划 分 并预留多个外部接 口，将足够 的空 间和接 口留给学 生操作 ，结构的开放性避免原有机床结构的封闭性造 成 学生联 机调试 的不便 。 1 ． 1 机械传动的改装与修复 c J K 6 1 2 5 i 型车床原来是通过变频器控制主轴电机 转速，所以作者保 留原有的主传动系统。而原有 z 轴 滚珠丝 杠 副 联轴 器 端 空 间狭 小 ，而文 中 x ／ z轴采 用 F A N U C p i p i s交流伺服 电机替换步进 电机 ，无法直接 通过联轴器同轴传动，故设计支撑架，并配套 1 1 传 动齿轮和梯形同步齿形带，实现异轴安装，避免齿轮 副减速产生齿轮 间隙造成对传动精度的影响 ，如图 1 。 图 1 伺服电机的支撑架 为使改造后的机床有较高的加工精度 ，作者对原 机床机械部分存在 的故障进行诊断、重新装配及修 复 ，如对铸铁导轨采用刮削方法修复 ，刮研显点 l 8～ 2 5点／ e m ，同时 ，保证其润滑可靠性 。 1 ． 2电气控 制 的二 次设计 文 中以 F A N U C 0 i m a t e T C系 统 为核 心 ，进行 电 气控制的再设计，主要包括强电电路和 I ／ O接 口。为 了使机床运行可靠 ，注意强电和弱电信号线的走线、 屏蔽及系统和机床的接地。电平 4 ． 5 V以下的信号线 予以接地屏蔽 ，还把地线分成信号地、机壳地和大 地。同时 ，为防电网干扰 ，交 流的输入端安装浪涌吸 收器 线间和对地 。如果不处 理这些 问题 ，机床 工 作时会出现报警或是不明原因的误动作。 1 更换强电元件及线路 收稿 日期 2 0 1 1 0 1 2 4 基金项目南京铁道职业技术学院项目 B Y 1 0 0 6 8 作者简介李奇亮 1 9 8 2 一 ，男，工学硕士、助教，主要研究方向为机 电一体化及装备技术。Em a i l 4 3 3 9 8 9 5 0 q q e o mO 1 l 4 机床与液压 第 4 0卷 机床电气控制系统是机床不可缺少的重要组成部 分 ，它对机床能 否正确 、可靠地 工作 起着决定性 的作 用。为使数控系统融入原有单片机控制的电气控制系 统，必须重新进行机床 电气控制系统设计。在遵循 G B 5 2 2 6 - 8 5 规 定 并 分 析 0 i m a t e T C 系统 的 匹 配 要 求 后 ，选取合理的控制方案，设计电气控制电路和 新系统转换接口，以符合机床运行控制规律。 伺服驱动 电源 l 控制变压器 l 主轴变频器电源 02L2 02L3一 一 1 0 2 N ， 、 、l PE 2．7 ．．．．．．．．．．．【一 ＼ ] 2 J ＼ r ＼ 3 -- - 一一 | 一 l Q F 6 、I OF 3I 簿 l D5A l 、 1 一 ． 1 C5A _ QF2 D10A ]_I 3 1 l ‘ ； r J 一 一4 L 1 ‘ ‘ 4 L 2 O 7 5mm黑色， 、 ＼l t t t 1 照抽 广 7 一 c l s A 4 凸 ＼ 0 ． 7 5蓝色 m 砌 覆崭 ，＼ 旦色 u { 。 一 山捆 cq r 5 AI ． ＼ f 。 V m 盟一 一 ⋯ ’ 0 ．75 m m 白 色 7 ．3 2 16 ． 6 1 2 5 6 ． 1 I 图 2 强电控制电源 2 I ／ O接 口 如图3 ，机床侧外围电路至数控系统的开关量信 号 包括机床操作面板和机床外部开关信号和数 控系统至机床外 围 电路信号灯 、继 电器 、接触器 、电 磁 阀等执 行元件的控 制信 号通过 5 0芯端 子转 换器 和 I ／ 0 L i n k 进行信号传输，原则上采用漏型输入 ，避 免信 号端 接地 的误 动 作。输 出 方式 可 全 部 通 过 D O C O M端采用源型和漏型输出，作者选择使用源型 输 出即 2 4 V输 出，同时在 连接 时 注意续 流 二极 管 的极性，以免造成输出短路。 数 I ／ O L i n k 模块 r r 5 0 芦扁平电 缆【 i- v -- ． C P D I ]匦 5 0 扁平电 缆[ 2 芯电 { 毯 竺 而 流 电源 l l HA1 I A利脉押 1 I 2l HBlI B相 脉 冲1 ． I 9 l 5 VI-T -电源5 Vl I U 0V I - -T- 电源 0、 ， 图 3 系统 I ／ 0接线 注意问题 1 旋转式波段开关的接线。为减 少接线数量 ，波段开关用通断代表逻辑 1 、0 ，输出 二进制 一般是格雷码 ，以 区分 旋钮 所指位 置 ，如 图 4是用 3根线 区别 6种工作方式 ，特别在 “ 快速倍 5 ． 7 6 ． 2 黑色 率开关” ，用 4根信号线就可以区分 1 6 种倍率。 X 13． 6 X 1 3． 5 X 1 3． 4 5 0 芯端子转换器 图4 工作方式波段开关 2 地址分配。除少数机床侧的开关量信号外 ， 大部分 I ／ O信号 的含 义及配置 的输入地 址均可 由 P M C程序编制 者 或使 用者 自行 定 义 ，定 义 方法 是 通 过 L A D D E R H I 软件或 C N C系统操作界面进行组槽号 的设置 ，直接 决定 P MC地址 。如后 者 的设 定 步骤 是 S YS TEM P MC EDI T MODUL E。 1 ． 3 数控 系统参数 的设置 F A N U C - 0 i 系统 中参数可分为系统参数、P M C参 数 ，在机床出厂时已被设定为最佳值，通常不需要修 改 。但在运用 中可根据实际情况对其进行更改 、优 化 ， 从而匹配和弥补机械或电气方面的设计。系统参数的 设定是在 M D I 方式或急停状态时打开参数写保护的前 提下进行，如果系统参数被隐藏 ，还需在 MD I 方式下 令 P R M3 2 0 8 0 1 。由于选择的是模拟主轴，所以须设 P R M 3 7 1 6 0 0 。以数字伺服参数为例 ，介绍初始化设 第 4期 李奇亮 等旧机床 C J K 6 1 2 5 i 数控化改造的几项关键技术 1 l 5 置过程 1 确 认伺服设 定调整 画面显 示 的参 数 P R M 3 1 1 l 加 1 ； 2 初始设定位参数 P R M 2 0 0 0的设 置 ； 3 初始化设置 。主要参数见表 1 。 表 1 I ／ O L i n k伺服参数设置 1 ． 4 P MC程序 的编制 P M C程序在结构上分为两个部分第一级程序 结束指令 E N D 1 ，每隔 8 m s 读取程序 ，主要处理急 停、超程、进给暂停等紧急动作，如图 5 ；第二级程 序是普通的顺序程序 ，如运行方式的切换 、系统准备 就绪 、 自动运行 、辅 助 功能 指 令 M、S 、T 控 制 、 显示信息的控制等。 图5 第一级 P MC程序 1 ． 5 机 电联机调试及精度控制 按照机床验收的标准，需对改造后机床 的精度、 数控 系统可靠 性进行调 节 和验收 ，主要 试 验项 目有 一 般功 能试 验 、空运转 试验 、进给 系统 的运动试 验 、 连续空运转试 验 、负荷试验 、反 向偏 差试 验 、最 小设 定单位进给试验、返回基准点试验、车削综合件试验 等。经过以上一系列试验，数控机床的改造达到了预 期 的标 准。 2 结束语 通 过 对 现有 的 C J K 6 1 2 5 i 型 车床 数 控 化 改 造 ， 实现了有价值的系统升级，而不是简单地修理和更换 电路元件。实践证明不仅提高了原机床的性能和精 度，降低能耗 ，而且能满足数控机床装调和维修教学 和实训，为该院数控机床装调维修工技能鉴定创造物 质条件。 参考文献 【 1 】张梦欣． 数控机床装调维修工 试行 国家职业标准 [ s ] ． 北京 中国劳动社会保障出版社 ， 2 0 0 7 ． 【 2 】G B 5 2 2 6 8 5机床电气设备通用技术条件[ S ] ． 北京 中国 标准出版社， 1 9 8 6 ． 【 3 】B E I J I N G - F A N U C 0 i - M O D E L C连接说明书 硬件 [ M] ． 【 4 】王鸿博 ， 李海东， 王宝平． F A N U C I ／ O L i n k 在 M C M 1 8 0 数控改造中的连接与调试 [ J ] ． 机电工程技术， 2 0 0 9 ， 3 8 5 1 1 7 ． 【 5 】F A N U C S e r i e s 0 i M a t e ． M O D E L C参数说明书[ M] ． 【 6 】李德荣， 梁景松． 基于 F A N U C 0 i M a t e M C 数控系统的普 通铣床改造[ J ] ． 机床与液压， 2 0 1 0 ， 3 8 4 9 3 9 5 ． 上接第 l 1 2页 用，其工作是否正常可以通过压力表来测定，压力表 正常说明阀工作正常。此处检测压力表数据正常，因 此排除溢流阀故障。 液压管道。管道故障主要为堵塞，故障排除方法 为将管道拆下 ，用高压气体吹管道内部。经判定此 元件也正常 。 进油路与回油路所有元器件都正常，故障仍然没 有排除，说明故障没有在上述元件上或者故障判定方 法有误 。 2 故障判定 2 由图 2可 以看 出，砂轮座 的尾部还连接着一个 闸 缸，闸缸将砂轮座顶紧，起消除丝杠间隙的作用。但 从液压原理图可以看出，泵打出的高压油通过一个卸 荷阀直接供给闸缸使用。因此 ，闸缸顶部有很大的力 顶着砂轮座后退 。再分析前 面的砂 轮进退 油缸 ，砂轮 后退时油缸进人 的是低压油 ，说 明砂轮座后退 时 ，闸 缸的运动才起主要作用。再从原理上分析 ，之所以采 取这种进给控制，是因为如果退油缸进入的也是高压 油，将导致两个缸的高压油都作用于砂轮架，有可能 不同步 ，将对 砂轮架产生较大 的破坏冲击力 ，故此处 将砂轮后退油缸设计为低压油。 由此可见 ，闸缸前 面 的卸荷 阀 极有 可 能是 故 障 源。将其拆下后发现其弹簧不能正常运作，彻底拆开 后发 现是其 中的杂质造成的。用煤油清除杂质后 ，装 上还原 ，彻底排除了故障。 3总结 由上面两种故障分析方法可知分析液压故障一 定要从系统工作原理出发，再分析液压原理，然后根 据分析查找故障原因，分别进行排除。如果避开原理 直接进行分析很可能会出现盲 目分析的结果。 参考 文献 【 1 】 蔡厚道， 等． 数控机床构造 [ M] ． 北京 北京理工大学出 版社 ， 2 0 0 7 ． 2 ． 【 2 】中国机械工程学会设备与维修工程分会， 机械设备维 修回答丛书 编委会． 泵设备维修回答 [ M] ． 北京 机械 工业出版社， 2 0 0 7 ． 1 ．