CK3263數控系統改造選型與應用

摘 要　針對CK3263數控轉塔車床數控系統改造的選型與應用，闡明了數控系統選配中擇優工作的重要性，同時追求節約改造資金和改造綜合效益最佳的原則。

一、概述

現有工業企業中有相當數量的早期數控設備由于數控系統老化、過時等原因而不能被充分利用，其中部分企業又存在著資金短缺的現狀。在這種情況下，以延長設備使用壽命和提高精度及穩定性為出發點的數控設備改造就顯得尤為重要。降低改造成本和追求改造綜合效能最佳是企業的目標。公司的一臺國產CK3263數控轉塔車床已連續使用14年，其數控系統已老化且關鍵部件無法全面恢復，綜合考慮認為：對該設備進行數控部分系統性的升級改造要比東拆西補式的維持性修理更經濟、更合理。

改造數控設備，重要的一點是正確選用好數控系統，數控系統的性能如何關系到機床設備性能是否能夠真正得到恢復和提高。此改造的重要一步，就是先對設備的性能、使用操作、各項技術參數等進行全面的掌握、了解，熟悉機床電氣工作原理與配置使用情況，在充分技術分析論證基礎上，結合數控系統的市場調查結果，最終確定具體改造方案。

1.改造前的狀況

這臺CK3263數控車床原有數控系統使用了遼寧精密儀器廠生產的LJ－10T－DYNAPATH型控制機，并由FANUC交流主軸驅動裝置以及FANUC直流伺服進給驅動裝置構成數控系統的主體。CNC控制一個主軸、2個進給軸，通過內置PLC控制機床轉塔刀架、主軸變擋、潤滑等系統工作。由于設備長期使用以及數控裝置老化等原因使數控系統經常出現工作穩定性差、系統故障多和備件困難等諸多問題。特別是近年來，原數控裝置中插板式的程序板、輸入輸出接口板等經常發生故障，且備件短缺，造成修理上的困難和較長的停機時間。

2．改造選型 

根據設備使用要求和原配置工作使用狀況，經過市場現狀調研與分析，本著改造要有針對性與實用性、經濟性與可靠性的原則，認為FANUC數控系統性能先進可靠、市場占有率高，又為工人熟悉的操作界面。所以最終選擇了FANUC OTC數控系統，它是車床類通用型控制機，具有結構緊湊、體積小、精度高等特點，并且價格適中，完全滿足設備使用與控制功能的需要。

二、數控系統的改造與配置

1．主軸控制機構

原機床主軸系統使用FANUC交流電機驅動控制系統，由于使用狀況良好并且交流主軸系統結構簡單、維護方便、故障率低，所以本著節約的原則這次仍保留原主軸交流電機及其驅動控制裝置，并根據車床主軸功能需要，通過FANUC數控單元部分增加了主軸故障、零速及速度到達信號的接口配置，同時保留使用了原主軸位置脈沖編碼器等數控系統組成部件。

2.X、Z軸伺服系統

原使用FANUC直流伺服電機及伺服控制單元，所用電機額定轉矩為25N·m，額定轉速2000r/min。考慮到實際使用中原直流伺服電機結構復雜、維護困難以及目前技術發展的趨勢，而采用了FANUC數字式交流伺服驅動單元及Alpha交流伺服電機進行替換。選擇的電機規格為α30/2000型，其轉矩為30N·m，轉速為2000r/min( X軸電機帶抱閘制動器）。

3．數控系統選用

FANUC OTC控制機，其硬件配置與組成見圖1。

圖1　數控系統硬件配置與組成

4．機床操作面板部分

在FANUC OTC的CRT/MDI顯示及手動操作面板基礎上重新布置了機床操作控制面板。新增了X、Z軸手搖進給脈沖發生器以及RS232C通信接口等，同時增加了工作模式選擇開關與程序保護、空運轉、跳步等開關操作和相應部分的信號燈顯示功能。

5．主軸變擋及轉塔刀架控制部分

考慮到機床原結構完整性以及能夠滿足使用要求為目的，保留了主軸M21－M24四擋變擋和12刀位液壓轉塔刀架控制結構，只對主軸潤滑、導軌潤滑機構及位置分別進行了改動和調整，以達到修換方便、快捷的目的。

6．機床電氣控制箱部分

重新設計配置了機床電控與電纜連線等，更新了X、Z主軸伺服變壓器、控制變壓器、接觸器與直流繼電器等控制部件。

三、數控系統的參數設定與內置PLC可編程控制器部分配置

1．數控系統的參數（包括PLC參數、伺服參數）選擇與設定很重要，其數控功能的開發與利用可以通過《FANUC OTC操作說明書》進行相應參數選配和設定。如518、519號參數內容為X、Z軸快速進給速度設定值，其設定范圍為30一24000mm/min，根據機床實際結構和要求分別選擇設定為8000mm/min和10000mm/min。而700、701和704、705號參數屬機床軟件行程極限設定參數，該參數設定界線范圍為機床軟件工作行程容許區限，由于檢測上有誤差故行程極限的設定值應考慮留有裕量。一般情況下，裕量值按快移進給速度乘裕量系數0.2得出。如快移速度10m/min，乘以裕量系數0.2后得到的裕量值應是2mm。

2．數控系統內置可編程序控制器PLC規格為PMC-L型,I/0配置為104/72點，其中PLC程序編程設計中各類信號地址使用與分配具體按表1來執行。

表1

上述各類信號狀態及變化情況可通過操作機床操作面板上的DGNOS鍵進入自診斷畫面來查詢，從而確認數控系統與機床之間的接口信號狀態是否正常。這里CNC完成數字控制功能，PLC執行寄存順序控制程序，順序程序調試時用RAM完成，調試完畢后存入EPROM。

PLC編程是用繼電器符號形式制作梯形圖，根據梯形圖進行編程并將程序輸入ROM后用于機床的實際使用。

四、改造效果

1．原數控系統結構分散，線路多而復雜，新系統結構緊湊、易維護。

2．增加手搖脈沖發生器、RS232C接口裝置等使用功能，方便了操作者的使用與編程。

3．實現字符和圖形顯示功能、可用計算機軟件編程，提高了機床使用與操作效率。

4．具有故障自診斷、參數檢查、P/S報警信息顯示與梯圖動態顯示功能，從而提高檢修工作效率。

5．機床可靠性得到全面加強。

該設備原值67.5萬元，這次數控系統改造費用為18.5元，改造投資比例為27％。設備增值后的資產值（設備凈資產加上改造投資）遠低于購買相同類型數控機床的投資額，且由于投入使用以來設備故障率大幅下降，從而使生產效量均有了較大提高，因此取得了良好的投資效益。