臥式加工中心數控系統的改造

　　CINCINNATI l 0HC是實驗室80年代末進口的臥式加工中心，原配該公司ACRAMATIC 900MC數控系統，直流伺服驅動；其加工范圍X軸1000mm、Y軸1000mm、Z軸800mm，并帶有￠800mm分度工作臺，轉盤型刀庫的容量為3把刀，屬大中型加工中心。由于進口時間較早，電氣控制單元集成度低，近幾年系統經常出現故障，zui終由于缺乏備件，導致中國臺灣車床機床不能使用。 首先對機床進行了全面測試，發現機床的伺服系統、液壓系統尚可使用，機械部件仍然保持較高的精度，但計算機控制系統及部分接口單元已經損壞。在考慮價格和恢復原有機床的各種控制功能的前提下，決定選配西門子810M系統實現四軸控制三軸聯動，保留原有的機械、液壓系統和伺服驅動裝置，采用增量式編碼器代替原有的直線感應同步器作為位置反饋元件，采用西門子內裝PLC控制機床的I／O點，提高中國臺灣加工中心接口的可靠性。

　　原機床采用感應同步器作為位置反饋元件進行閉環反饋，而西門子810M系統基本配置只能處理編碼器的反饋信號，需增加轉換模塊才能處理感應同步器的輸出信號。考慮到轉換模塊價格較高，而原機床的精度不太高（定位精度為0．02mm），數控系統補償單元有1000個之多，因此確定，增加脈沖編碼器與伺服電動機軸端直接相聯，實現位置的半閉環反饋控制。這樣也可使整個系統調整容易，運行更加穩定。這里選用雙軸端編碼器實現與電動機軸和測速發電機相聯接，分別構成速度及位置反饋。并且，利用數控系統提供的眾多的補償單元，進行正、反向絲杠螺距補償和間隙補償，達到原有的機床精度。

　　采用西門子內裝PLC完成對機床限位開關、液壓系統、冷卻系統、主軸換刀、刀庫管理、主軸和進給倍率以及操作面板等控制操作。原系統的PLC工作電壓為交流110V，而西門子PLC工作電壓為直流24V，所以需要配置直流繼電器模塊，在交直流隔離的情況下，實現西門子PLC與機床原輸人、輸出點的連接。

　　主軸部分：機床主軸驅動只是一個速度單元，開環控制；主軸的準停由機械裝置和PLC控制。控制過程為：取消CNC加工中心主軸使能、掛空擋、主軸減速至20r／min以下、插定位銷使主軸定位、發出完成信號。

　　主軸掛擋過程為：收到掛擋信號、取消使能、延時確認主軸停，齒輪搖擺掛擋、發出完成信號。刀庫管理：主要完成刀庫四零、手動、自動操作、刀座號自動記憶、及其按zui短路徑決定刀具的運動方向及旋轉的步數。

　　自動換刀：當系統發出換刀指令時，Z軸退到換刀位置，同時主軸啟動定位程序，刀庫啟動選刀程序，通過機械手自動換刀，Z軸重回加工位置并啟動主軸。

　　DNC接口程序：數控系統的內存較小，對復雜曲面的數控加工程序只能采用邊加工邊傳程序的方法。這種通訊方法利用循環緩沖寄存器，由PLC編程實現。

　　機床報警文本的建立：對機床的電壓、電流、液壓回路的壓力、液壓油面高度、潤滑狀態等傳感器進行檢測，建立異常情況CNC車床的報警文本，并在監視器顯示，為操作者提供檢修依據。

　　改造后的機床經激光干涉儀測試補償后，機床的定位精度、重復定位精度達到原有機床的精度；試切標準試件經三坐標測量機測量，其直線度、圓度、孔的定位精度均達到原機床試件的加工精度。表明改造方案經濟可行，價值200萬元的設備又重新投入使用。目前該機床在本科生教學和實驗室生產中發揮重要作用。