MC340加工中心数控系统的选择与配置

作者：中国工程物理研究院 万全禄

欢迎访问e展厅 展厅 1 加工中心/FMS展厅 车铣加工中心, 铣削加工中心, 钻铣加工中心, 镗铣加工中心, 五轴加工中心, ... 当前国内经济建没飞速发展，机械工业的自动化程度急需提高。我国绝大多数企业的设备陈旧、技术落后，且效益不好，资金短缺，故设备改造已成为经济建设的第一环节。如何选择和配置数控系统，是数控设备改造工作的首要问题。如何降低改造成本，使改造项目的综合指标达到最佳，是人们最关注、最担忧的问题。本文将介绍改造MC340机械加工中心工作中数控系统的选择与配置思路和实际配置大概情况，以及经济效益，希望对设备改造工作有所帮助。 1 数控系统的选择 1) 改造MC340加工中心的意义 某厂的MC340加工中心的数控系统遭到意外伤害后，不能修复，而原设计存在着一些问题。为了修复机床，克服原设计的不足，所以提出进行改造。 所谓的改造，就是在保持原有功能和性能的基础上，增加新的功能，或者提高性能，或者是提高技术指标，以达到提高生产率，增加经济效益的目的。 改造数控机床，首要问题是如何选用数控系统。一台数控设备性能的好坏，主要取决于数控系统的,件能。而改造后的设备要比改造前的设备性能有所改进，有所提高，这是其改造的目的。那么要达到这一目的，所选用的数控系统的性能就应有所提高，配置就应有所改进。 改造工作的第一步，就是要对所改造的设备的性能、功能、各项技术指标全面分析、了解，掌握电气工作原理，初步确定改造工作的目标，依据市场调研情况，拟定改造方案，提出综合指标，再根据综合指标结合市场情况进行论证和审核改造方案，使改造项目的综合指标达到最佳。 2) MC340加工中心原配置情况简介 MC340机械加工中心，是一台高精密、高效率、高可靠性的数控机床，系德国STAMA公司1994年研制的最新成果，机床共有8个轴，线性插补4个轴，工作时要求Z，X，Y，A四轴联动，数控系统采用日本FANUC公司的32bit-FS15M数控系统，交流200V驱动系统，S系列伺服系统，通过STAMA公司研制的接口等组件，揉和了德国西门子公司的交流165V模拟驱动和伺服系统。CNC控制1个主轴，4个进给轴，PMC通过接口控制刀库、机械手直线运动和摆式工作台3个模拟轴。这样的配置在1995年以前，可谓领导世界新潮流。FANUC-15系统运算速度较快，程序储存量较大。但是，由它控制1个主轴,4个进给轴，这样造成一台设备有NC轴5个，PLC轴3个，一套控制系统由三家公司产品组合，使结构分散，电气工作原理和逻辑关系复杂化，控制不够严密，故障率较高，不便于维修。 3) MC340加工中心刀库的特殊性 MC340加工中心刀库伺服使用西门子4.5Nm,输出端轴径为小19mn:的伺服电机，传动部分采用齿轮交链，主动齿轮齿根缘为Ø30。FANUC伺服电机输出端最小轴径为Ø31，其他公司的产品的轴径都较大，倘若改用其他公司产品，刀库机械结构将要作很大的改动，需要投人很大的人力和物力，直接影响改造周期。机械手直线运动、摆式工作台也将相应有较大的改动。由于这一特殊性，这3个轴便确定了使用西门子伺服电机。 4) 西门子数控系统基本配置情况 SIEMENS-805系统可控制1个主轴，4个进给轴，配611A模拟驱动，3个线性插补轴。SIEMENS-810系统可控制2个主轴,5个进给轴，配611A模拟驱动，3个线性插补轴。SIEMENS-840D/NCU572、573可控制5个主轴，8个进给轴，配611D全数字驱动，8个线性插补轴。SIEMENS-840C可控制15个模拟轴，15个数字轴，6个主轴，5个线性插补轴。 5) 改造方案的确定 根据上述情况，可拟定两个改造方案，第一方案使用FANUC-18数控系统，全数字驱动系统，a伺服电机。由NC控制5个轴，研制接口，PLC通过接口控制3个轴的驱动。这3个PLC轴使用西门子611A驱动系统，交流380V模拟伺服电机。第二方案，使用西门子840D/NCU572全数字数控系统，611D全数字驱动，1FT6伺服电机和1PH7主轴电机,NC直接控制8个轴。 通过市场调研，第一方案，FANUC-18数控系统，5个轴的全数字驱动和a伺服电机费用为45万元，其他附件12万，西门子的3个模拟驱动和伺服系统9.6万。研制接口需材料费5万，共计对外支出费用达71.6万。经分析，研制接口工作周期需一年时间，况且成功的可能性较小。第二方案，西门子数控系统包括所有附件，总费用为43万。根据两个方案的对比，第一方案的改造周期长，困难较大，缺陷较多，技术难度大，而且成功率较低。第二方案改造周期短，结构严密，控制集中，电气工作原理比较简单，性能和技术指标较高，成功率高。再则，第二方案比第一方案少开支经费28.6万元，由于改造工作周期短，可节约大量的人力和物力。根据当前数控系统发展的动态，预测SIEMFNS-840D数控系统五年之内不会落后。经过反复论证，最终确定第二方案。 2 数控系统的配置 ·原机床主轴使用Pe=18kW, N=1500～6000r/min主轴电机。改用西门子1PH7-133, Pe=20kW, N=2000～8000r/min主轴电机。 ·X、Y轴伺服，原机床使用Md=22Nm, N=3000r/min伺服电机。改用西门子1FT6086 , Md=30Nm, N=3000r/min(不带制动器)伺服电机。 ·Z轴伺服，原机床使用Md=30Nm, N=3000r/min伺服电机。考虑到Z轴为重负荷启动，直接影响到换刀时间，只能选用Md等于或大于30Nm，且带制动器的伺服电机，所以选用西门子1FT6105, Md=50Nm, n=3000r/mic、带制动器的伺服电机。 ·分度头伺服电机原采用Md=12Nm, n=3000r/min的模拟伺服。而分度头的机械参数最大负载转矩小于450Nm，其机械传动比为180:1。若传动效率按90%计算，那么最大驱动扭矩应为 Md=450×1/180÷90/100=2.8Nm 所以选用西门子1 FT6044, n 1d = 4. 5Nm, n=3000r/min的伺服电机。 ·刀库、机械手、摆式工作台原配西门子1FT5064, Md=4.5Nm, n=2000r/min，改用1FT6044, Md=4.5Nm，n=3000r/min的伺服电机。 ·电源模块的配置：由于机床工作要求主轴、Z轴、X轴、Y轴、A轴同时动作，其余二轴不与主轴同步运行。故电源模块 P=(Ps+PZ+PX+Pp+Pa)÷92%=(20+13+7+7+1.3)÷92%=52.5kW 所以选用西门子6SN1145-55kW，进线为交流380V的电源模块。 ·取消原8OkW隔离变压器，增设西门子6SNl 155kW电抗器，用来阻隔非正弦波的侵人。 ·驱动系统使用611D全数字交流驱动系统，使用600V直流母线，及总线连接。。 ·系统选用西门子840D-NCU572。 ·取消原机床操作面板，改用西门子MMC100.2机床操作面板，简化电气控制线路。 ·利用840D的功率显示取代原主轴转矩显示，使显示集中在显示屏中。 ·取消精密电位器，利用高精密增量编码器实现粗、精定位。 3 系统配置的结果 1) 840D-NCU572性能特点 ·测量回路为8个； ·进给轴8个，可控制主轴5个，线性插补轴8个； ·PLC最大I/O点384个； ·零程序存储(扩展)256kB； ·位置控制器最小采样时间1/0.5ms； ·插补器最小采样时间4/2ms； ·块循环时间10/5ms； ·最大进给率999； ·具有中文环境，同时程序输人和执行； ·具有图形模拟和极坐标。 2) 优越性 ·原机床数控系统为分散装配，占用空间大，线路多而复杂。840D数控系统全部为模块化，配置灵活，装配方便，结构严密，安装连接线少。 ·原NCU控制5个轴，PLC通过STAMA接口板控制3个轴。840D-NCU572数控系统直接控制8个轴，实现8轴全数字化处理，运算速度快，功能强大。 ·原操作控制使用普通按钮，线路复杂，故障率高。西门子MM100.2机床控制面板具有高集成化，结构紧凑，无需连接控制线。 ·保留了原系统的所有功能，增加了蓝图编程、图形模拟、背景操作功能，并且840D具有前视功能和友好的人机界面，及611D全数字驱动优异的动态特性，可提高加工精度、表面质量及加工效率。 4 结语 在设备改造工作中，改造方案的确定，数控系统的选择，系统的配置至关重要，关系到改造项目的成功与否，对技术指标、实施办法、改造工作计划、经济效益，以及今后技术发展的预测等等的每一个环节都应认真、仔细地推敲、论证，反复对比，力求高质量、高性能、高可靠性、可维修性，工作周期短，经济效益高，使改造后的设备性能、技术指标超过原设计。使改造项目的综合指标达到最佳，从而达到提高企业的产品质量，降低生产成本，提高生产效率和经济效益，增强企业参与市场竞争的能力。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (3/24/2005)