X52立式升降台铣床的数控化改造

1、决定改造方案是旧机床进行数控化改造中最重要一环，并不是所有的旧机床都适合于改装成数控机床，衡量是否合适改造的主要标准是机床现有状况，以及数控化改造的经济性。主要在数控系统比较分析选型，技术和经济可行性分析、主传动、进给传动机械和电气部分改造方法等几个方面进行分析及方案制定。在技术可行性分析方面主要是对被改造的机床进行结构、性能、精度等技术现状的全面分析。其中包括机床原来的结构设计是否合理；机床的基础部件和结构件是否仍然完好；考察各坐标轴的机械传动结构及导轨副的形式等是否适用；测量机床目前的各项精度并与出厂精度进行对比，看是否存在差距；综合总结目前机床存在的故障和历史上出现过的重大故障。根据分析

2、的结果，对照改造目标和典型工件，编写改造设计说明书，做到改造后的机床达到一定的先进性和实用性。下面以X52立式升降台铣床的数控化改造为例，介绍旧机床改造的技术方案设计。2铣床数控化改造技术方案准备2.1机械系统作为机床的最终用户，厂方必须首先要确认机床机械系统的状况。如：目前机床的精度，机械传动链的状况，丝杠、导轨的状况，有无重大故障等，以确定机床是否要大修、项修。因为是由非数控机床改为数控机床，所以首先要考虑机械改装的可行性，最重要的是导轨的形式及滚珠丝杠的安装。其次要考虑机械传动机构的传动间隙与传动刚度是否符合数控机床的要求。2.2电气系统在确定数控机床改造方案时，用户可以根据机床的状态及

3、工艺要求来选择数控系统。首先是选择数控制造厂商，目前世界上性能及信誉较好的有：西门子（德国）、发那科（曰本）、三菱（曰本）、NUM（法国）、FAGOR（西班牙）等。用户可在洋细了解上述厂商数控系统的特点及性能价格比等指标的基础上，选择一个比较适合的数控系统。其次是根据机床的功能要求选择相应控制系统的类型，做到既能满足机床全部功能要求又不提高标准。在选择数控系统方面，要特别注意以下两点：一是要尽量向一个著名厂家的型号系列靠拢，这样既有利于维修和管理，也利于备件的购买；二是要清楚所选厂家在国内的维修服务状况，以免将来系统发生故障时得不到及时的维修。数控系统选定之后，用户根据机床实际状况，决定更换或

4、不更换驱动系统。若不更换，则必须确认旧驱动系统与数控系统是否可以匹配。对于机床测量系统，目前数控系统的要求是增量式脉冲编码输入。对于外围电路，改造可采取的方案有两种：一种是“接口型改造”，即保留外围继电器电路，只对NC、PLC进行改造，新PLC不参与外围电路控制，只处理NC所需的指令信号，此方案改造设计、调试工作量较小；另种是“彻底改造”，在继电器逻辑较复杂，故障率较高，用户又能提供清楚逻辑图的情况下，可用新NC所带的PLC将外围电路全部改造，既简化了外围电路，又合理利用了PLC的控制能力，此方案可大大简化硬件电路，提高系统的可靠性，但改造设计、调试工作量较大。本课题最后采用了彻底改造方案。工

5、业挖制机机床各部分安装形式的确定如下。1）控制系统的安装常见的有悬挂式、柜式、台式等。安装方式的选定，直接决定各种连接电缆的走线方式和电缆长度，也关系到操作与维修的方便性。驱动系统的安装，原则上采取电气柜内安装这种方式，应考虑的因素有通风冷却，电缆走线方式及长度，对其他电器的干扰等。电动机的安装，根据机床的实际，确定电动机的安装方式选择法兰式、底座式还是带底座法兰式，再加上轴伸方向、电动机接线盒的位置等，这些由电动机的订货辅助参数确定。测量系统的安装，如选择电动机内装编码器的结构方式，电动机安装一确定，它也就确定了；外装式需要有弹性联轴节、安装卡子、电缆走线方向及长度等的考虑。通过对同类数控铣

6、床的现状进行了解和分析之后，提出了对铣床进行数控化改造的技术方案，即用华中数控系统（含数控单元、PLC、强电柜、伺服驱动单元和电机等）对该设备进行彻底改造。3设备改造的技术路线技术路线选用国外数控系统。该技术路线的优点是技术成熟，风险小，可靠性有保证。可选择的国外数控系统有SIEMENS810C数控系统和FANUC-OiMC数控系统。据掌握的资料，这两种数控系统在技术成熟度和可靠性基本相当。该技术路线的缺点是设备改造总费用较高。改造后，一旦设备的使用时间超出保修期，其维修、技术服务的费用相当昂责。技术路线二：选用华中HNC21M型数控单元+华中伺服单元+登奇交流伺服电机。该技术路线的优点如下。

7、技术成熟。华中数控系统采用进口的通用32位工业控制机作为数控单元，平均无故障时间可达3万小时以上，此外，本技术路线采用的华中伺服单元和登奇电机、控制电柜内的大部分电器元器件采用进口或中外合资的著名企业的产品，其可靠性得以保证。系统的维护和更新换代方便容易。由于工控机与通用PC微机完全兼容，维护和更新换代方便容易。用户可非常便利地购置到系统维护所需要的一切配件。开放性好。由于华中数控单元采用基于DOS的软件平台，其软件资源丰富，使得华中数控系统的开发环境非常方便友好，且用户可方便地进行二次开发。操作容易。华中数控系统在其操作界面上是仿FAUNC的数控系统，其操作习惯和编程语言与FANUC相似。在

8、FANUC运行的G代码数控程序，基本不需修改，可在华中数控系统上使用。此外，宏程序功能、具有三维仿真校验和加工过程图形动态跟踪功能，图形显示形象直观。操作、使用方便容易。成本低。总费用较技术路线的总费用低，且当设备的使用时间超出保修期，其维修、购买配件、得到技术服务的费用同采用国外系统相比低得多。综合以上考虑，选择技术方案二。4华中数控系统结构详析华中数控系统硬件结构如所示，系统由数控单元、控制电柜和机床三部分组成。数控单元是系统的核心，采用台湾生产的工业PC机，它由CPU模块、14彩色显示器、位置控制模块（或RS-232通信模块）、输入模机床机床电桁ra1华中数柠系统的岵件结沟阍块、输出模块

9、、多功能模块、网络控制模块（选件）、高抗干扰开关电源构成。数控单元内运行华中数控软件，通过其内置的位置控制模块和PLC输入/输出模块控制伺服驱动单元，进而控制安装在数控铣床上的X、Y、Z伺服电机和主轴按指定的程序运动。4.1数控单元的DRAM，具有硬盘和1.44M软盘接口各一个，软盘可非常方便地将零件程序读入和写出，RS-232接口两个，电子盘为1.5M，作用是将DOS和CNC系统控制软件固化，永不丢失。它还存储机床参数，PLC的顺序程序，有400k左右的空间存储用户零件程序，比目前系统4k的程序空间大100倍，所有这些信息都可断电记忆。14彩色显示模块：用于CNC系统的坐标和图形显示及交互式

10、人机中文汉字界面。位置控制模块：该模块有三个位置检测接口，采集光电编码器的脉冲信号，作为三个坐标的位置反馈，并有三路D/A输出信号控制速度单元，该模块主要用于系统与伺服驱动单元配套。除本方案中使用的华中全数字交流伺服单元及电机配套外，还可与德国西门子、AMK公司、日本三洋公司、松下公司等的驱动单元配套。输入模块：它是CNC系统内装PLC的硬件输入接口，输入电压为024V，最大电流为100mA，用于操作面板的按钮信号输入、机床的开关检测输入等。这个模块的输入点数为48点，系统可扩展的输入数点为4x64=256点。输出模块：它是CNC系统内装PLC的硬件输出接口，输出电压为24V，用于机床继电器控

11、制系统。该模块的输出点数为48点，系统可扩展输出点数为4x48=196点。多功能模块：该模块主要完成手摇脉冲发生器和主轴的计数，D/A转换输出模拟电压控制主轴的速度。4.2伺服单元及电机华中伺服单元及电机是系统可靠运行的最重要的保证。交流伺服单元的反馈为光电编码器，每转输出脉冲数为2500p/r.系统最小分辩率为0.001mm.4.3主轴驱动单元和电机建议用户保留原主轴驱动电机和机械变速机构。当然也可改造成变频器无级变速主轴驱动。4.4机床部分机械和油路系统的改造除了对设备的电气部分进行改造外，还需对设备进行保养，以恢复该设备的正常工作，具体工作如下：了解铣床的结构与功能；完成数控进给轴的拆卸

12、工作；完成数控进给轴电机与机床部件的联接部分的设计；改造所需机械零、部件的加工与制造；完成数控进给轴电机与机床部件的联接的现场安装调试；完成机床清洗、安装与调试，恢复机械部分原来的各项运动功能，使机床精度恢复到最佳水平。5结束语所改造的X52立式升降台铣床使用时间较短，工作性能良好，经检验精度保持良好，尤其是机床导轨和丝杠精度尚好，所以保留原机床工作台，X、Y轴的滑动丝杆副换为滚珠丝杆副，并改装减速齿轮箱、减速齿轮、伺服电机，增加检测装置，为降低改造成本，保留了原机床主轴运动系统，用KM3、KM4控制主轴正反转。在主轴升降垂直进给运动改造设计中，拆去了锥齿轮副及丝杆副，更换成滚珠丝杆副，设计并安装了减速箱，将电机安装在减速箱的偏套上。由于工作台自重产生下滑，影响加工质量，加上该滚珠丝杆无自锁能力，配合其制动装置设计了套液压平衡机构来平衡工作台自重，并增加油泵电机和平衡油缸电机，改造后升降台运动自如。数控系统方面经过场调研、比较，最终采用了华中世纪星系统，该系统具有较高的可靠性，设计中大量采用模块化结构，具有较强抵抗恶劣环境影响的能力，并有完善的保护措施，且功能全、应用范围广。本项目达到改造目标，所需投入较少，新购一台数控铣床需花费24万元，改造只需7.2万元，改造价值显著。铣床的数控化改造，提高了机床性能