沈阳高精数控系统对进口机床的电气改造.pdf

R e fi t t in ga n d n f e n a n c e改装与维修 沈阳高精数控系统对进 口机 床的电气改造 李 林 中航工业沈阳飞机工业 集 团 有限责任公 司， 辽宁 沈阳 1 1 0 0 3 4 摘 要 着重讨论美国 HAA S数控铣床用沈 阳高精 GJ 4 0 1国产数控系统进行了改造。对沈阳高精 G J 4 0 1 系统伺服参数进行 的调整与优化 ， 使机床的性能更加优化 ， 生产效率有了很大提高。 关键词 沈阳高精 GJ 4 0 1数控 系统 ； 参数优化 ； GJ S- 0 1 5系列伺服驱动器 中图分类号 T H1 7 文献标识码 B E le c t r ic t r a n s f o r ma t i o n o f f o r e ig n ma c h i n e u s i n g S h e n y a n g Ga o j i n g CN C s y s t e m L I Li n A V I C S h e n y a n g A i r c r a f t C o r p o r a t i o n ， S h e n y a n g 1 1 0 0 3 4 ，C H N A b s t r a c t T h i s p a p e r d i s c u s s e s r e f o r mi n g A me r i c a H A A S C N C s y s t e m w i t h S h e n y a n g G a n g G J 4 0 1 d o m e s t i c C N C s y s t e m．T o a d j u s t a n d o p t i m i z e t h e s e r v o p a r a m e t e r s o f S h e n y a n g G a o j i n g G J 4 0 1 s y s t e m， ma k e t h e ma c h i n e’ S p e r f o r ma n c e b e t t e r ，p r o d uc t i o n e ffic i e nc y ha s b e e n g r e a t l y i mp r o v e d ． Ke y w o r d s S h e n y a n g G a o j i n g G J 4 0 1 C N C s y s t e m； p a r a m e t e r o p t i m i z a t i o n ； s e r v o d r i v e s o f G J S一 0 1 5 s e ri e s 美 国 H A A S厂家 的 V F一7数 控铣 床使 用 的是H A A S系统 。由于十多年 的使用造成 了系统严 重老 5 主轴变速档挂在 1 2 5 r ／ m i n ， 走刀量手柄变档 在 1 ． 2 5 m m ／ r 。 6 起动设备 ， 手动均匀进刀 ， 保证在 3 0 m m长度 范围内进到图纸要求的深度。螺旋平面在退尾时同样 要求 在 3 0 m m 范 围 内 完 成 ， 并 且 过 渡 面 光 滑 均 匀 m 。 此工装及加工方法可 以推广到其他规格螺旋钻铤 的加工 ， 要加工不 同的导程 只需计算 出其适合 的挂轮 比及走刀量就可以完成。 5 结语 在车床大拖板装铣削头铣削螺旋钻铤 ， 加工后螺旋 槽 的导程及表面粗糙度能够达到标准要求 ， 加工过程操 作简单方便 ， 批量生产能够保证稳定 的加工质量 ， 生产 出的产品各项性能指标均达到 A P I 及石油行业标准要 求 ， 加工时费用虽然不会有更 多的增加 ， 但能提高加工 螺旋钻铤 比普通钻铤所带来 的更大经济效益。通过实 践证明此加工方法操作简单方便 ， 加工出的产品完全能 够满足标准要求 ， 是一种行之有效好的加工方法。 参考文献 [ 1 ] 吕拴录 ， 韩勇 ， 朱建 国， 等． 深井 用钻具 质量现状 及安全 可靠性分析 [ J ] ． 石油工业技术监督 ， 2 0 0 2 6 1 6 ． [ 2 ] 薛博 ， 季 明， 陈威． 螺旋钻采煤机螺旋钻杆结构的设计分析『 J ] ． 煤矿 等 U l0 I 机械 ， 2 0 1 2 7 2 4 2 6 ． [ 3 ] 张强 ， 聂 国强 ， 李守巨． 螺旋钻采煤机 承压输送数学模型及仿真研 究 [ J ] ． 煤炭学报 ， 2 0 1 3 s 1 2 3 1 2 3 5 ． [ 4 ] 江红祥 ， 杜长龙 ， 李建平 ， 等． 螺旋 钻采煤机钻 具稳定组 合的优化设 计 [ J ] ．煤矿机械 ， 2 0 1 0 5 81 0 ． [ 5 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A为代表 的国外专用 数控 系统厂家所 垄 断。他们对中国采取“ 产品、 技术、 价格” 3方面的全面 垄断 。然而 ， 国外数控系统更新不便利 、 二次开发难 、 维修响应慢、 维修费用高等的不利 因素对 我国数控机 床用户 的发展产生了严重影响。随着中国经济的高速 发展 ， 国内数控机床产业也有了快速的提升， 国产化的 数控系统也形成 了规模 ， 占领 了一些 国内市场。国产 数控系统在功能性 、 稳定性 、 经济性等方面都有了大幅 提高 ， 基本上可以满足 国内用户的需求 。 沈阳高精 G J 4 0 1国产数控系统采用先进的开放式 体系结构 ， 是一款通用性强 、 配置灵活的中高档数控系 统 。可连接总线式、 模拟量两种类型的伺服驱动器 ， 最 多可支持 1 0轴， 它内置嵌人式工业 C P U板卡， 配置 1 2 英寸彩色液晶显示屏和标准机床工程面板 ， 集成轴控 制接 口、 MP G手持操作单元 I ／ 0接 口、 工业以太网 S S ． B I I I 总线接 口、 网络接 口和 U S B接 口及总线功能扩展 机箱单元 ， 具有模块化 、 开放、 灵活的系统结构 。沈 阳 高精 G J 4 0 1 数控系统的操作界 面清晰明了， 操作简单 易于上手 。编程语言按照国际通用标 准进行设计 ， 可 与国内各种流行软件兼容。具有高性 能、 高可靠性及 配置灵活、 结构 紧凑 、 易操作等特点 。 2 沈 阳高精 GJ S一 0 1 5系列伺服驱动器 伺服控制器基本构成 由整流部分 、 逆变部分和逻 辑控制部分这几部分组成 。伺服器把三相交流电整流 为直流电， 再通过控制功率开关管的开通和关断 ， 将直 流电逆变成频率可控又近似正弦波的交 流电， 该交流 电在伺服电动机 的三相定子绕组 中产 生相位差 1 2 o 。 形成旋转磁场 ， 伺服 电动机 的转子受旋转磁场感应产 生感应 电流， 旋转磁场与感应 电流相互作用产生 电磁 转矩驱动电动机转子旋转 。而逻辑控制部分根据上位 机的速度指令和位置指令 以及信号反馈控制电动机的 运行转速和实际位置 。 伺服器 内置键盘及数码管显示 ， 支持总线进行伺 服控制参数设定与状态监控。内置电子齿轮控制功能 1 3 6 和制动能量泄放电阻， 可以对欠压 、 过压 、 过流 、 过载 、 堵转 、 失速、 编码器信号异 常、 位置超差等多种异常状 况进行保 护。它具有 完善的总线行规 定义， 用 1 0 0 M 以太总线作为控制传输方式与上位机连接 ， 内嵌 S 3总 线通讯管理芯片 ， 提供速度 、 转矩及位置等 3种控制模 式。本伺服以专用的数字处理芯片 D S P 作为核心控 制芯片 ， 采用了先进的全数字电动机控制算法 ， 可实现 多种电动机控制算法 ， 软件更新 、 升级方便 。全数字电 动机控制算法完全以软件方式实现 了电流环 、 速度环 、 位置环 的闭环伺服控制 ， 具备 良好的鲁棒性 和 自适应 能力 ， 可配合多种规格 的伺服电动机 ， 适用于各种快速 响应的精密转速控制与定位控制的应用 系统。G J S一 0 1 5系列伺服器的主电路配线为图 1 。 1 SUP 图 1 沈阳高精 GJ S O 1 5 系列伺服器的主 电路配线图 3 沈阳高精 G J 4 o l系列数控系统参数的调整 原则 伺服逻辑控制分为 3 个环节 电流环 、 速度环和位置 环。最内环 、 最高级别为电流环 ， 直接控制电动机的力矩 输出和速度输出。其次为速度环， 根据速度指令控制 电 动机速度。最后为位置环， 控制电机的实际位置。伺服 响应的优先级 电流环 速度环 位 置环。沈 阳高精 G J 4 0 1系列数控系统的伺服控制逻辑框图， 如图2 。 1 电流环 的优化 电流环是 比例积分调节 器组 成 的， V F一 7数控铣床改造使用沈 阳高精数控配套的 伺服和电动机 ， 因而系统在组态 电动机时给出 比较好 的优化参数 ， 一般不需要进行手动优化。 2 速度环的优化 沈 阳高精数控 G J S一 0 1 5系列 伺服的速度控制模式是通过模拟量的输入频率作为指 令速度 的控制。速度环 的参数调节在 G J S一0 1 5伺服 上实行 ， 速度环控制器 采用 比例积分 P I 控 制 ， 主要 就是对速度控制器的比例增益和积分时间常数进行调 整 。在满足性能要求 的前提下 ， 希望 比例增 益尽 可 U I O R n g a n d M 咖 fe n a n C e 改装与维修 图2 沈阳高精G J 4 0 1 系列数控系统的伺服控制逻辑框图 能大 ， 这样可以提高机床的响应速度和跟踪精度 ， 希望 积分 时 问常 数尽可 能小 ， 这 样可 以提高机床 抗扰 动 能力 。 3 位置环的优化 位置环采用 比例控制 ， 比例调 节 的系数用来调节伺服跟随效果。该值越小 ， 伺服响 应越慢 ， 跟随效果越差。该值越大 ， 伺服响应越快 ， 跟 随效果越好 ， 但数值太大会引起机床振动和位置超调 。 所 以， 根据 V F一 7数控铣床 的机械特性合理调节 。位 置环的变化可能会影响机床加工精度 。进行位置环的 优化 ， 最终验收时必须进行工件试切。 4 沈 阳高精数控 GJ 4 0 1系列伺服参数 的调整 与优化 沈 阳高精是总线模 拟量控制 ， 所 以速度环和位置 环的参数调整需要在 G J S一 0 1 5系列伺服上完成。G J S 一 0 1 5系列伺服上有数字操作器位于伺服主机 的小型 操作面板 ， 可显示状态、 输入数据。在数字操作器上有 MO D E、 I N C、 D E C、 S E T这 4键。在按 下 MO D E键后 ， 可选择状态显示模式 ， 监视模式 ， 参数设定模式。选择 S E T键 可 以显 示伺 服 的参数 设定 值 ， 通 过选 择 I N C 键和 D E C一 键对伺服参数进行调整 。 速度 环 比例增益数值越大 ， 增益和 响应速度大 。 速度环积分增益值大 ， 速度误差积分 和速度刚度大 。 要根据 电动机的特性及机械系统的刚性要求按 比例成 对适当的调整 ， 否 则 电动机 会有 噪音 、 振 动等 问题。 以 轴为例 ， 参数 当使用出厂值 3 0 0 ， 走 轴时， 轴 电动机 出现了抖动现象。当把 P n 5改为 3 5 0 ， P n 6改为 1 9 0 ， 走 轴时 ， 轴电动机出现很大噪音 ， 发生震动现 象 。最后 ， 多次尝试后将参 数设 为 P n 5为 3 2 3 ， P n 6为 2 1 5 。如表 1 。 速度环优化完毕后 开始进行位置环的参数优化。 位置环增益参数是 P n l 5 。P n l 5参数 的出厂设定值是 7 5 0 ， 该值越小 ， 伺服响应越慢 ， 跟随效果越差。该值越 LU ； l 0 l ￡ 大 ， 伺服响应越快 ， 跟随效果越好 ， 但数值太大会 引起 机床震动和位置超调 。所以 ， 根据数控铣床的机 械特 性合理调节。以 轴 为例 ， 轴伺 服器的 P n l 5设 为 7 2 0时 ， 机床 的跟 随效果很差。当 P n l 5设 为 7 6 0时， 机床 E r l 2号报警 ， 轴位置超差 。最后 ， 通过多此尝 试将 P n l 5值设置为 7 4 2 。 表 1 沈 阳高精 GJ 4 0 1 数控 系统部分 参数 的调整 与 电动机参数配置表 参数 参数内容 轴 Y轴 z轴 名称 设定数值 设定数值 设定数值 速度环比例 出厂 3 0 0 出厂 3 0 0 出厂 3 0 0 P n 5 增益 改为 3 2 3 改为 3 1 5 改为 3 3 0 速度环积分 出厂 2 0 0 出厂 2 0 0 出厂 2 0 0 P n 6 增益 改为 2 1 5 改为 1 9 0 改为 2 0 5 出厂 7 5 0 出厂 7 5 0 出厂 7 5 0 P n l 5 位置环增益 改为 7 4 2 改为 7 5 8 改为 7 4 0 电动机额定 P n 4 7 1 5 0 0 l 5 0 HD l 5 0 0 转速／ r ／ mi n 电动机极 P I 1 4 8 2 2 2 对数 电动机额定 P n 4 9 9． 5 5 9 ． 5 5 9． 5 5 扭矩／ N m 电动机额定 P n 5 l 9 ． 5 9 ． 5 9． 5 电流／ A 沈阳高精 G J 4 0 1数控 系统参数调整优化后 ， 进行 激光干涉仪的补偿和标准 N A S 件试切， 定位精度和重复 定位精度误差不超过 0 ． 0 1 I T l n l ； 试切 N A S件平行度、 垂 直度和圆度的精度在 0 ． 0 2 ra i n以内； 各位置值的总偏差 不超过 0 ． 0 3 I T U T I ； 主轴径向跳动不超过 0 ． 0 2 m I n ， 完全 符合三坐标机床验收时使用的试切标准。 改装与维修 R _n g a n d i fe n a n C e 数控机床撞车与尺寸不稳故障的维修 李利 军① 岳玉霞② 郭志强③ 安阳技师学院 ， 河南 安阳 4 5 5 0 0 0 ； ②安阳市 中等职业技术学校， 河南 安阳 4 5 5 0 0 0 ； ③安阳鑫盛机床股份有限公 司， 河南 安阳4 5 5 0 0 0 摘要 针对数控机床用户使用中常见的撞车与尺寸不稳故障， 举例说明了维修方法 ， 而大部分故障的发生 并非数控系统本身原因引起的 ， 往往是 因为操作 、 调整处理不 当引起 的故障。文章 面向一般操作维 修者 ， 着重解决实际问题。 关键词 数控机床 ； 故障 ； 维修 中图分类号 T M9 2 1 文献标识码 B Ma i n t e n a n c e o f NC ma c h i n e t o o l c o l l i s i o n a n d s i z e i n s t a b i l i t y f a i l u r e L I L i j u n ①， Y U E Y u x i a ②， G U O Z h i q i a n g ③ A n y a n g T e c h n i c i a n s ’C o l l e g e ， A n y a n g 4 5 5 0 0 0 ，C H N； A n y a n g V o c a t i o n a l T e c h n i c a l S c h o o l ， A n y a n g 4 5 5 0 0 0， C H N； A n y a n g X i n s h e n g Ma c h i n e T o o l C o ． ， L t d ． ， A n y a n g 4 5 5 0 0 0 ，C H N Abs t r a c t Ai mi n g a t c o mmo n c r a s h i n NC ma c h i n e t o o l us e r s a n d s i z e i ns t a b i l i t y f a i l u r e，t h e me t h o d o f ma i n t e n a n c e i s i l l u s t r a t e d．Mo s t o f t h e f a u l t i s n o t c a u s e d b y CNC s y s t e m i t s e l f ，b u t b y t h e i mpr o p e r o p e r a t i o n a n d a d j u s t m e n t ．T h i s a r t i c l e f e a t u r e s s o l v e p r a c t i c a l p r o b l e m s f o r c o mm o n m a i n t e n a n c e o p e r a t o r s ． Ke y wo r ds NC ma c hi n e；f a i l u r e；ma i n t e na n c e 有些数控机床用户反映机床会乱走 ， 有时是机床 断电重启后 ， 坐标会有偏差 ； 有时没有规律 ， 加工过程 中会出现撞车。到现场调查原因发现基本上都是使用 方面的问题 ， 比如刀具补偿 、 固定循环 、 回零不准等问 题 ， 而数控系统本 身没有问题。下面结合具体 的维修 实例总结一下解决分析这类故障的处理方法。 1 数控机床撞 车故障 下面以使用 F A N U C数控系统的数控机床为例说 明数控机床撞车故障的处理方法 ， 一种撞车故障是使 用 G 5 4 、 G 5 5时产生 的机床撞车故障； 另一种撞车故障 是每次断电开机后 z轴需要重新对刀 ， 否则会 出现撞 车故障。 1 ． 1 使用 G 5 4 、 G5 5时的机床撞车故障 使用 G 5 4、 G 5 5时坐标显示相差很多 ， 有时 现撞 车故障， 对于机床来说 ， 一般操作者在对刀时都是在刀 具补正里进行测量 ， 对刀后 G 5 4和 G 5 5的坐标值都是 一 样 的， 偶尔使用 G 5 4或 G 5 5进行坐标偏移。例如加 工工件为管螺纹 ， 由于螺纹 比较长 ， 分两次进行加工 ， 主轴夹具可以 1 8 0。 反转。经过对刀后 ， 第一面加工时 5 结语 美国 H A A S厂家 V F一7数控铣床使用 沈阳高精 G J 4 0 1 数控系统进行改造 ， 经过伺服参数调整后 ， 数控 铣床运行稳定 可靠 、 操作简便 、 使用灵活 、 加T效率提 高 ， 带来一定的经济效益。通过此次对沈阳高精 G J 4 0 1 数控系统伺服参数的优化 ， 为国产化数控系统 的改造提 供了一定理论基础， 具有一定的实践指导意义。 参考文献 [ 1 ] 沈 阳高精 G J 4 0 1系统 用 户手 册 [ Z] ． 沈 阳高精 数控 技 术 有 限公 司 ． 2 01 2 ． [ 2] 沈 阳高精 G J S系列交流伺 服用户手 册 [ Z] 沈 阳高精数 控技术有 限公 司， 2 0 1 3 ． [ 3] 王 晓瑁 ， 祁平 ， 石满船． 华 中 HN C一 2 1 MD数控系统 的应 用 [ J ] ． 机床 电器， 2 0 0 6 4 1 31 4 ． [ 4] 周凯． 发展 国产数控 系统 的技 术途 径 [ J ] ． 制造 技术 与机 床 ， 2 0 0 0 3 57． 作者简介 李林， 男， 1 9 8 5年生， Z - 程师， 主要从事 数 控机床 研 究等 。 编 辑 汪 艺 收稿 日期 2 0 1 5 0 4 2 7 文章编号 1 5 1 2 3 8 如果您想发表对本文的看法， 请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置。