（机械工程专业论文）30t镗铣床数控技术改造的研究.pdf

j，-， h 吐 毒 a t h e s i si n r e s e a n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y d e c e m b e r2 0 0 7 矿 - f r 多 【 1 ， j ， 、 ，1 1 、1一 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得 y 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过 r 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工 i 作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为同意。) 卜 上 学位论文作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字日期： 印 、移亿 名 万 雠7 者 匆 储 怯 文 期 沦位学 日 ， _ 丫 _ i - 东北大学硕士学位论文摘要 3 0 t 镗铣床数控技术改造的研究 摘要 设备是企业的主要生产工具，也是企业现代化水平的重要标志，采用新技术、新工 艺，加速企业设备的技术改造，提高竞争能力，这即是国家的装备政策，又是企业的一 项重要的战略任务。 3 0 t 数显镗铣床是沈阳鼓风机集团有限公司在1 9 8 0 年引进的美国l u c u s 公司设 备，机床经几十年运行设备数显装置及主轴、伺服己落后老化，机床处于故障多发期。 沈鼓集团立项采用先进技术进行改造。 本文就设备技术改造的如下几个问题进行论述。 ( 1 ) 应用西班牙f a g o r8 0 2 5 数控系统改造，优化系统参数，编写p l c 控制程序， 设定m 功能代码。 ( 2 ) 光栅尺在数控机床上全闭环控制改造。 ( 3 ) 直流伺服驱动装置与原装直流伺服电机的匹配改造；英国欧陆5 9 0 型数字化 直流调速装置在机床主轴驱动上改造。 通过应用先进技术对美3 0 t 数显镗铣床进行的一系列技术改造，使设备在功能上实 现质的飞跃，提高了设备加工能力，增强机床可靠性。此项目的应用实施，对数显机床 进行数控技术改造具有指导意义，对f a g o r8 0 2 5c h i c ，k s a 6 3 宽调速伺服单元，欧陆 5 9 0 主轴调速器及光栅尺全闭环控制应用具有现实的指导作用和推广意义。机床改造后 提高了加工效率和机床精度，达到当前先进数控机床水平。 关键词：镗铣床；数控系统；位置测量系统；伺服驱动；主轴驱动 t l ， l 东北大学硕士学位论文 r e s e a r c ho n3 0 t b o r i n ga n dm i l l i n gm a c h i n e c n cr e t r of i t t i n g a b s t r a c t e q u i p m e n ti sm a i np r o d u c t i o ni m p l e m e n t so fe n t e r p r i s ea n di sv e r yi m p o r t a n tl a b e lf o r m o d e m i z e s a d o p tn e wt e c h n i q u e sa n dt e c h n i c a la c c e l e r a t i n ge n t e r p r i s ee q u i p m e n ti m p r o v e s i st h a tc o u n t r y se q m p m e m p o l i c yb u ta l s oo n ei t e mi m p o r t a n ts t r a t e g i ct a s ko fe n t e r p r i s e t h a t3 0 tb o r i n ga n dm i l l i n gm a c h i n ew a si n t r o d u c e dt os h e n y a n gb l o w e r 肋r k s ( g r o u p ) c o ，l t df r o ma m e r i c a nl u c u sc o m p a n yi n19 8 0 a f t e rs e v e r a ly e a r st h em a c h i n e t o o lw a so l d n ca n ds p i n d l ea n ds e r v ou n i tw a sa g i n g s b ws e t su pap r o j e c tt or e t r o f i t t i n g o nt h em a c h i n ew i t ha d v a n c e dt e c h n o l o g y t b j sp a p e ri n t r o d u c e sh o wt or e t r o f i t t i n go nt h ec n cm a c h i n et o o la r ea sf o l l o w s ( 1 ) f a g o r8 0 2 5c n ca p p l y i n g ，c n cp a r a m e t e ro p t i m i z i n ga n dp l cp r o g r a ma n dm f u n c t i o nc o d ee d i t i n g ( 2 ) c n cm a c h i n et o o le n c l o s e dc o n t r o lw i t ht h eo p t i c a ls c a l e s ( 3 ) d cs e r v od r i v i n gd e v i c er e f o r m so nt h ed cs e r v om o t o r ；t h e5 9 0d cd i g i t a l c o n v e r t e rr e t r o f i r i n go ns p i n d l e b ya p p l y i n gas e r i e so fa d v a n c e dt e c h n o l o g yr e t r o f i t t i n go n3 0 tb o r i n ga n dm i l l i n g m a c h i n e st h a th a v em a d et h ef u n c t i o no f3 0 tb o r i n ga n dm i l l i n gm a c h i n et o o lm v a n c e da n d i m p r o v e d a n dh a v es t r e n g t h e n e dm a c h i n et o o lr e l i a b i l i t y t 1 1 i sp r o j e c ta p p l i c a t i o nh a v i n g g u i d i n gf o rn cm a c h i n et o o lc h a n g e dt oc n cm a c h i n et 0 0 1 f a g o r8 0 2 5c n ca n dk s a 。6 3 w i d er a n g es p e e dc o n t r o ls e r v ou n i ta n d5 9 0d cd i g i t a lc o n v e r t e ra n do 面c a ls c a l e se n c l o s e d c o n t r o lo f a p p l i c a t i o ns h o waw a y t or e t r o f i t t i n g a f t e rr e t r o f i t t i n go nt h em a c h i n et o o lh a v e i m p r o v e dt h ea c c u r a c ya n dt h ee 伍c i e n e ya n dr e a c h e dc u r r e n t l yc n cm a c h i n et o o la d v a n c e d l e v e l k e y w o r d s ：b o r i n ga n dm i l l i n g ，c n cs y s t e m ，p o s i t i o nm e a s u r e m e n ts y s t e m ，s e r v od r i v e ， s p i n d l ed r i v e i i i ， r 东北大学硕士学位论文目录 目录 独创性声明i 摘要 a b s t r a c t i i i 第1 章绪论1 1 1 设备技术改造的含义特点及意义：1 1 1 1 设备技术改造的含义1 1 1 2 设备技术改造的特点1 1 1 3 设备技术改造的意义1 1 2 国内外设备技术改造的现状与发展趋势2 1 3 设备技术改造的目标与分类：3 1 3 1 设备技术改造的目标3 1 3 2 设备技术改造的分类：j 3 1 4 设备技术改造的经济界限4 1 5 本课题研究内容5 第2 章3 0 t 镗铣床数控技术改造项目介绍6 2 13 0 t 镗铣床介绍6 2 1 13 0 t 镗铣床引进背景。6 2 1 2 改造前机床技术状态7 2 23 0 t 镗铣床改造的立项7 2 33 0 t 镗铣床技术改造的内容7 2 3 1 数控化改造7 2 3 2 主轴驱动改造7 2 3 3 伺服驱动装置改造8 2 3 4 位置测量系统的改造一8 ， 匕大学硕士学位论文目录 2 43 0 t 镗铣床改造步骤8 2 53 0 t 镗铣床改造的关键技术8 3 章数控系统改造9 3 1 数控系统选型9 3 2f a g o r8 0 2 5 数控系统结构i1 0 3 2 1f a g o r8 0 2 5c n c 结构介绍1 0 3 2 2a 1 、a 2 、a 3 、a 4 、a 5 联接器信号说明1 1 j 3 2 3a 6 联接器信号说明1 1 3 2 48 0 2 5c n c 操作方式1 2 3 3f a g o r8 0 2 5c n c 与机床的联接改造1 2 3 3 1f a g o r8 0 2 5c n c 与光栅尺的联接1 3 3 3 2f a g o r8 0 2 5c n c 与电子手轮的联接1 3 3 3 3f a g o r8 0 2 5c n c 与伺服单元的联接1 3 3 3 4f a g o r8 0 2 5c n c 与外设信号的联接1 3 3 4f a g o r8 0 2 5c n c 参数设置1 4 3 4 1 一般参数设定1 4 3 4 2 轴运动参数设定1 4 3 4 3 通用参数设定1 5 3 5m 功能代码设置2 2 3 6p l c 程序编制：2 3 ， 3 6 1 p l c 程序模块2 3 3 6 2 主程序框图2 3 第4 章伺服驱动及测量系统改造2 5 4 1 主轴驱动装置改造：2 5 4 1 1 欧陆5 9 0 数字直流调速器介绍2 5 4 1 2 欧陆5 9 0 数字直流调速器与机床联接2 5 v 东北大学硕士学位论文 目录 4 1 3 欧陆5 9 0 数字直流调速器参数2 6 4 2 伺服驱动装置改造2 6 4 2 1k s a 6 3 直流伺服驱动器介绍：2 6 4 2 2 直流伺服驱动器与机床联接2 7 4 3 测量系统改造2 8 4 3 1 线性光栅尺介绍2 8 4 3 2 光栅尺安装2 8 第5 章整机调试+ 2 9 5 1 调试步骤2 9 5 2 辅助控制调试一2 9 5 3 进给轴调整：2 9 5 3 1 轴分辨率计算2 9 5 3 2 轴控制调整3 0 5 3 3 轴行程极限3 0 5 3 4 机床参考点调试3 0 5 3 5 丝杠螺距误差补偿31 5 4 主轴调试3 2 5 5 精度测量一3 2 第6 章结论与展望3 3 6 1 结论3 3 6 2 展望3 4 附录3 5 参考文献5 3 致谢5 6 v i ， 东北大学硕士学位论文笫1 章绪论 第1 章绪论 1 1 设备技术改造的含义特点及意义 1 1 1 设备技术改造的含义。 设备的技术改造也叫做设备的现代化改装，是指应用现代科学技术成就和先进经 验，改变现有设备的结构，装上或更换新部件，新装置，新附件，以补偿设备的无形磨 损和有形磨损。通过技术改造，可以改善原有设备的技术性能，增加设备的功能，使之 达到或局部达到新设备的技术水平。 1 1 2 设备技术改造的特点 ( 1 ) 针对性强，企业的设备技术改造，一般是由设备使用单位与设备管理部门协 同配合，确定技术方案，进行设计制造的。这种做法有利于充分发挥他们熟悉生产要求 和设备实际情况的长处，使设备技术改造密切结合企业生产的实际需要，所获得技术性 能往往比选用同类新设备具有更强的针对性和适用性。 ( 2 ) 经济性好，设备技术改造可以充分利用原有设备的基本部件，比采用设备更 新的方案节省时间和费用。此外，进行设备技术改造常常可以代替设备进口，节约外汇， 取得良好的经济效益。 ( 3 ) 现实性大，一个国家所拥有的设备总量，总是大于年产这种设备的能力。 比如我国拥有的金属切削机床的总量约为4 0 0 万台，而全国每年机床的产量不过是1 5 2 0 万台左右。即使把每年生产的新机床全部用来更换原有的机器，轮完一遍也需要求 2 0 年。这就是说，不待原有设备全部更换完毕，初期更换的设备又早已陈旧不堪了，可 见，单靠设备更新这种方式显然难以满足企业发展生产的要求。因此，采用设备技术改 造具有很大现实性。 由此可知，应用先进的科学技术成果对原有设备进行技术改造，并非是一种权宜之 计，而是与设备更新同等重要补偿设备无形磨损并提高装备技术水平的重要途径。 1 1 3 设备技术改造的意义 设备技术改造对于我国发展经济推进现代化建设，有着十分重要的现实意义。从世 界范围来看，第二次大战后，世界经济出现了迅速发展的新局面，其中尤以西欧、北美、 亚洲等些国家和地区的突出进展引人瞩目。他们发展经济的一条成功经验，就是重视 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 依靠科技进步，走内涵为主发展生产的道路。以美国为例，从1 9 4 8 年到1 9 6 9 年的2 2 年里，技术进步对国民生产总值增长率的贡献为4 7 7 ，成了促进该国生产发展的首要 因素。据统计，1 9 4 7 - - 1 9 7 8 年期间，美国对于非住宅固定资本投资中，用于更新改造的 投资占6 9 ，拥有扩大生产规模的投资仅占3 l ，同一时期，美国对机器设备的投资 中，用于更新改造的占7 7 ，拥有新建扩建的仅占2 3 。这就是说，工业发达国家发 展经济的主要途径是大力采用先进技术，提高机器的技术水平，改善原材料的质量，提 高劳动着的素质，从而提高各生产要素的使用效率，来取得良好的经济效益。 1 2 国内外设备技术改造的现状与发展趋势 国外西方发达国家非常重视设备技术改造，德国每年用于设备维护、改造的资金占 其国民生产总值的1 0 以上。德国人把技术改造看的比较重要，甚至产于1 9 1 4 年的 1 4 m 大立车，仅用了同类新机床价的1 9 就改造成功。德国s c h i e s s 公司对1 9 2 9 年出厂 的1 9 m 立车，在使用5 0 年后，于1 9 8 1 年改造成功，改造费用仅为新设备价格的2 8 7 ， 改造的经济效益相当可观。德国的设备改造注重设备技术性能，不拘泥于保持原设计图 纸不变，例如在不影响整体性能的前提下，可以在某些不太重要的部位重新钻孔、加工 螺纹、安装定位、固定螺钉、选用类似配件，不一定非选择原尺寸、规格的配件。专业 化、社会化维修在德国较普及，德国的工业维修公司能够提供的服务包括：维修咨询、 维修计划及实施、设备安装及现代化改装、事故分析处理、旧设备拆卸等。 在美国、日本和德国等发达国家，设备技术改造作为新的经济增长行业，生意盎然。 在美国，机床改造业称为机床再生( r e m a n u f a c t u r i n g ) 业。从事再生业的著名公司有： b e r t s c h e 、a 舛o n 、d b ( 得宝) 服务集团等。美国得宝公司己在中国开办公司。在日本， 机床改造业称为机床改装业。从事改装业的著名公司有：大限工程集团、岗三机械公司 左出 号宇。 由于机床以及技术的不断进步，机床改造是个“永恒”的课题，我国的机床改造业也 从老的行业进入到以数控技术为主的新的行业。我国机床设备改造处于市场化的发展初 期，大企业设备维修改造一般仍由企业内部设备部门完成，特殊专业设备有时外委专业 厂或公司完成。专业公司一般由大企业或机床研究单位分化出来，当前在国内一些大城 市或中心城市专业公司发展较快，如北京、上海都有一些市场化运作较好的专业公司， 专业公司往往能够以签合同形式与企业进行合作，提供设备维修、改造服务。往往这些 公司都在某一项上有独到之处，在广阔的维修、改造市场上占有一席之地。如齐齐哈尔 第一机床厂专业从事立车、卧车的改造工作。齐齐哈尔第二机床厂专业从事落地镗铣床 2 ， ， 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 改造工作。从武汉重型机床厂分出的武汉赛特曼公司专业从事设备大修、改造工作，目 前年产值千万元。 设备改造一般以原机床机械结构为基础，以电气改造为主。通常设备特别是进口数 控设备经十几年运行，机械部分的滚珠丝杠、导轨、工作台、主轴部分一般没有大的损 害。但电气部分相对老化严重，是机床运行十年、二十年后所要重点改造的。主要有二 方面的原因，一是电器件的寿命决定，二是电气技术更新速度较快。 设备改造走向专业化、市场化是发展的必然趋势。从多次参加中国机电装备维修与 改造协会举办的会员大会和高级研讨班的情况看，近年维修改造市场发展较快，从上世 纪九十年代到现在已初步市场化和专业化、规范化，维修改造的水平不断提高。中国机 电装备维修与改造协会己由国家部委授权对国内维修改造企业评审并发证，资格证书在 行业协会内部得到认可。市场化对企业传统的设备维修改造体制形成一定的冲击。 改造的市场化也要求改造技术不断的创新和提高。当前我们国家设备改造技术日益 提高，但从大型高精设备改造来看，对国外进口产品依赖较多，这一点与国内机床行业 有些类似。如关键的数控系统仍采用德国西门子和日本法那科等进口产品，大直径和超 长的滚珠丝杠仍需从德国和日本进口，机械主轴轴承也严重依赖进口，国产产品近年来 虽有较大发展，但在高技术产品上依然有差距，不能完全满足设备需求。 1 3 设备技术改造的目标与分类 1 3 1 设备技术改造的目标 在制定设备改造方案时，应以改善此生产必须的功能，提高生产效率，提高设备的 可靠性和维修性，以及改善操作者的劳动条件为目标，而不是技术档次越高、功能越齐 全越好。“不墨守城规，从实际需要出发，充分调查研究，采用切实可行的技术，力求 取得良好的技术经济效果”才是设备技术改造时遵循的指导原则。 1 3 2 设备技术改造的分类 一类是通过对设备的主要部件进行结构改进，增加新装置、新附件等，以提高设备 的精度性能和增加功能，同时提高设备的可靠性，使其达到或接近现代设备的技术水平。 也可以把功能比较齐全的通用设备改造为高效率的专用设备。这一类的设备技术改造主 要有以下两种途径： ( 1 ) 一般地说，设备制造厂的新产品与老一代产品相比，既有改进的一面，又有 继承的一面。因此，利用设备制造厂新一代产品的技术以至主要零部件来改造正在使用 - 3 北大学硕士学位论文第1 章绪论 老一代产品，其成功的可能性是很大的，而且通过这一途径来改造设备还有易于实现 优点，即用户无须自己进行大量的设计和零部件制造工作。这样的设备技术改造既可 由用户与设备制造厂合作，也可以委托设备制造厂设计施工。例如，沈鼓集团有一台 型落地镗床原设计制造中存在多项重大缺陷。经与原制造厂协商，决定由其提供改装 技术资料和新一代产品的主轴箱部件，用户自行旌工，成功地改装为国内先进水平的带 数控系统的落地镗铣床，并增加了直角和万向铣头，扩大了机床的功能。 ( 2 ) 利用技术上已相当成熟，而且已经形成标准化、系列化、商品化的功能部件 对现有设备进行技术改造，也是一个切实可行的途径。目前国内市场可供设备改造的商 品化功能部件有各种数显、数控装置，可编程程序控制器( p l c ) ，交流变频调速器， 动静压混合轴承，直线运动导轨( m l 导轨) 等。这些功能部件技术先进可靠，施工简 便，加之供应功能部件的单位可为用户提供改装技术服务，用户只需根据设备的实际需 要正确选型，就可以较快地改造成功。可以认为，这一途径是今后设备技术改造的发展 方向。 除上述两种途径外，有些企业还由本企业设备维修部门自行设计设备改造方案，并 自己制造改造用的零部件。这往往是在难以通过上述两种途径实现设备改造项目时才采 用此法，且要求企业设备维修部门有较强的技术力量，否则难以取得比较理想的技术经 济效果。我国不少企业在这方面有过深刻的经验教训。 另一类设备改造是对设备使用中发现的原设计制造缺陷( 如局部设计结构不合理， 易发生故障，零件的使用寿命短，维修频繁，维修性差，拆装困难，所用配件大部分必 须自制等) ，进行针对性的改进，其主要目的在于提高设备的可靠性，从而提高设备的 可利用率。对这一类设备改造，日本称为“改善性维修”。在进行这一类设备改造时，有 的也可以同时适当提高设备的精度和性能。几十年来，我国设备维修战线的广大技术人 员和工人，从实际需要出发，应用新技术、新材料、新工艺，在设备改造中取得大量的 成果，积累了丰富的技术经验其中有些设备改造经验具有普遍应用价值。 除上述两类设备改造外，节约能源和消除环境污染，也是设备改造中应予重视的问 题。 1 4 设备技术改造的经济界限 设备的技术经济分析是指将设备的大修、改装、更新和报废等技术问题与经济性 问题结合起来研究，以寻求获得最佳利润的途径，有人误认为设备长久使用、无休止地 维修是勤俭节约、艰苦奋斗的体现，没有认识到设备使用到一定寿命后再继续维修下去， 4 一一一一一 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 将会导致经济上的不合算，客观上存在着一个修旧不如买新的问题。 如果一次大修理的费用超过该种新设备的制造成本，这种修理显然是不合算的，因 此，确定设备大修理的经济界限是： r k n - l 式中： r 一次大修理费用； k i 卜_ 当时该设备重置价值( 新设备价值) ； i 一设备残值。 如果设备在大修理之后，生产技术性能与同种新设备没有区别的话，则此式子对衡 量大修理的经济性是合理的，但实际情况未必如此，设备大修理之后，常常缩短了到下 次大修理的间隔期，同时修理后的设备与新设备相比，故障多，停机时间长，使用维修 费用增加，对单位产品成本有影响，所以，只有在大修理后使用该设备生产的单位成本 c 在任何情况下都不超过用相同新设备生产的单位产品成本c 1 时，即c c1 大修理在 经济上才是合算的，以上分析表明，设备大修理的经济界限应同时满足式r k n - l 和 式c c1 两个条件，否则就应该更新旧设备了。 1 5 本课题研究内容 经综合分析论证，运用先进技术对美3 0 t 数显镗铣床进行数控化技术改造是合理可 行的，通过技术改造的课题实施，全面提高设备加工效能，增强机床可靠性，使改造后 机床达到当代先进水平。本课题主要针对以下4 个方面内容展开研究。 ( 1 ) 西班牙f a g o r8 0 2 5 数控系统改造应用。 ( 2 ) s g c 型光栅尺在数控机床上全闭环控制应用。 ( 3 ) 国产k s a 6 3 宽调速直流伺服驱动装置与原装直流伺服电机的匹配应用。 ( 4 ) 英国欧陆5 9 0 型数字化直流调速装置在机床主轴驱动改造的应用。 5 - 东北大学硕士学位论文 第2 章美国3 0 t 镗铣床技术改造项目介绍 第2 章 30 t 镗铣床数控技术改造项目介绍 2 13 0 t 镗铣床介绍 2 1 13 0 t 镗铣床引进背景 ， 沈鼓集团是为石油、化工、冶金、煤炭、电力、纺织、科研、军工等国民经济各部 门提供透平压缩机、鼓风机和各种通风机的大型通用机械制造厂。从“五五”开始，国家 花大量的外汇分别从意大利、美国、日本、前西德、法国、瑞士等西方国家引进4 3 台 套数控及大精尖设备，处于国内通用机械制造厂装备领先水平。美国3 0 t 数显镗铣床即 是1 9 8 0 年引进的设备之一，制造商为美国l u c u s 公司。机床是沈鼓定子车间一台重要 加工设备，精度较高。机床具有镗和铣加工功能，配置数显功能。机床镗轴轴径5 英寸， 四个进给轴为直流伺服电机与滚珠丝杠直联驱动，工作台9 0 英寸x6 0 英寸，各轴行程 x 2 1 0 0 w 1 8 0 0 u z l 6 2 0 w 9 0 0 。如图2 1 所示。 图2 13 0 t 镗铣床 f i 9 2 13 0 tb o r i n ga n dm i l l i n gm a c h i n e 6 东北大学硕士学位论文第2 章美国3 0 t 镗铣床技术改造项目介绍 2 1 2 改造前机床技术状态 3 0 t 镗铣床经二十几年的运行，为沈鼓的生产发挥了巨大的作用，确保了高质量产 品加工。然而经多年运行，这些设备存在老化问题，特别是电气控制系统老化严重，故 障不断，急需进行设备的技术改造。 3 0 t 镗铣床机械结构已达到数控机床的要求，但引进只配置了数显功能，缘于时代 的技术发展水平，配置的数显装置为硬件板搭建而成，体积庞大，集成化低，线路由细 塑料电线焊接，密如蛛网，一旦故障很难修复。经几十年运行主轴及伺服装置老化，备 件枯竭。机床己处于故障多发期。 机床机械部分状态良好，四个进给轴丝杠精度良好，没有锈蚀。机床导轨没有研伤。 个别油管路需清洗，液压站需维修。 2 23 0 t 镗铣床改造的立项 针对3 0 t 镗铣床的技术状态并结合经济性分析。沈鼓集团设备部将3 0 t 镗铣床的技 术改造列入2 0 0 6 年大修改造计划，并经沈鼓集团公司领导批准确定为改造项目。由沈 鼓集团设备部实施改造的设计、安装、调试，具体改造负责人为刘凯( 高级工程师) ， 该改造项目停台施工周期三个月。材料费用3 0 万列入大修改造资金。 2 33 0 t 镗铣床技术改造的内容 2 3 1 数控化改造 3 0 t 镗铣床是一台数显机床，但从机械结构、传动结构，驱动电机来看，完全符合 数控机床的要求，因此决定进行数控化改造。拆除机床数显表及数显表控制线路板。采 用新的数控装置f a g o r8 0 2 5 作为控制器。数控系统内藏式p l c 控制以取代原机床控 制柜内大量的中间继电器。 对机床原强电控制部分给予保留，p l c 输出直接接原柜内中间继电器，两者电气参 数匹配。 拆除原悬挂站，重新设计制造悬挂控制站。 2 3 2 主轴驱动改造 3 0 t 镗铣床主轴直流功率5 0 h p ，电机状态良好，原有主轴驱动器结构繁杂，元件 老化，故障频繁。拆除原驱动器，在原位加装先进的全数字化的直流驱动器进行改造， 以提高可靠性及技术先进性。 - 7 - 东北大学硕士学位论文第2 章美国3 0 r 镗铣床# l 术改造项目介绍 2 3 3 伺服驱动装置改造 3 0 t 镗铣床共有4 个伺服驱动的进给轴，直流伺服电机为永磁电机，体形细长，具 有转动惯量小的特点，经多年运行，电机技术状态良好，改造可不更换。但伺服驱动器 已老化、落后，故障频繁，无备板可用。因此需要对4 台驱动器进行改造。 在原电柜内拆除原伺服驱动器，加装新驱动器，同时加装适配的变压器。 2 3 4 位置测量系统的改造 3 0 t 镗铣床原来的位置测量装置是感应同步尺，与数显装置配套。但8 0 2 5 数控系 统位置反馈不接受感应同步尺信号，为此配合数控系统改造，位置测量系统也要相应进 行改造，以满足数控要求。 拆除原同步感应尺，在原基准面上加装增量式光栅尺。 2 43 0 t 镗铣床改造步骤 为尽量减少停台时间，改造工作需交叉进行。步骤一，首先熟悉机床原设计的电气 控制原理及机械结构，对改造中一些困难问题预先判断，研究好对策和可行性。例如， 光栅尺安装是否有位置，安装的位置是否合理等。步骤二，设计改造图纸，编写p l c 程序及参数。步骤三，提出外购装置及电器件清单并采购，因为一般装置采购均有定货 周期。进口装置尤其要长。准备机械n t 件。步骤四，前期准备工作完成后设备停台， 拆除淘汰的系统装置，安装改造的系统装置。这一段工作占用时间较长，一般为现场施 工，工作量较大。步骤五，通电整机调试检测精度。步骤六，机床试加工切削。 2 53 0 t 镗铣床改造的关键技术 ( 1 ) 合理选择数控系统、伺服驱动、主轴调速器、光栅尺。 ( 2 ) 正确调整数控参数，与机床合理匹配，数控加工满足精度要求。定位精度重 复精度达到国标要求。 ( 3 ) 避免全闭环控制轴产生震荡。 ( 4 ) 光栅尺安装精度及调整。 ( 5 ) p l c 控制程序。 - 8 _ 一 东北大学硕士学位论文 第3 章数控系统改造 第3 章数控系统改造 3 1 数控系统选型 数控系统选择是改造关键之一，当前国内市场能够提多种品牌高中低档产品，进口 主要有德国西门子s i e m e n s 8 4 0 d 8 0 2 d 8 0 2 d s l 系统，日本f a n u c 公司数控系统目 前的主要产品是f a n u c 。o i c 1 8 i 1 6 i 1 5 i 系统，西班牙发格自动化有限公司8 0 2 5 、8 0 3 5 、 8 0 5 0 系统。国产凯恩第、沈阳计算所蓝天等系统。 其中西门子系统全功能的8 4 0 d 主要应用于大型机床，与f a n u c 系统主要采用梯 形图编制p l c 程序不同，主要采用语句表方式编制p l c 程序。0 6 年国内销售8 0 0 0 套左 右，软件相对开放，兼容微软程序，在国内能够得到服务及备件供应。日本f a n u c 公司 数控系统适用于中小型数控机床，具有高可靠性的特点，在国内的全部全功能数控机床 中占有最大比例，0 6 年中国国内销售1 9 0 0 0 套左右，软件相对封闭，操作系统自成体系， 在国内能够得到服务及备件供应。西班牙发格( f a g o r ) 的数控系统在国内占有较高 的市场份额，具有较高的性价比，该产品产自西班牙但价格较低，接近于国产数控，发 格公司同时也生产光栅尺，在光栅尺的市场上与德国海德汉公司竞争。发格公司在北京 设有中国公司，提供技术和备件支持。 良好的性能价格比是发格公司产品的显著特点之一。正是这个优势，给广大的客户 带来了良好的经济效益，并使配备了发格数控系统所生产的产品在价格上更具竞争性。 8 0 2 5 系列数控系统是f a g o r 公司的中高档系统，可用于铣床、加工中心、车床、冲床、 激光加工机床、火焰切割机、磨床等设备，可控制2 5 轴不等。该数控系统是操作面板、 显示器、中央单元合一的紧凑结构，具有很好的性能价格比。为此此次设备改造选用发 格8 0 2 5 数控系统，参见图3 1 。 - 9 - 东北大学硕士学位论文笫3 章数控系统改造 图3 1 f a g o r 数控系统 f i 驴1f a g o rc n c 3 2f a g o r8 0 2 5 数控系统结构 3 2 1f a g o r8 0 2 5c n c 结构介绍 ( 1 ) 8 0 2 5c n c 由单个模块组成，可以被安装在机床的操作站上。由下列零部件组 成：中央单元、显示器键盘、操作面板，内置p l c 。整个8 0 2 5c n c 集成为一体，外型 尺寸4 7 5 x 3 0 7 x 4 0 0 ，结构紧凑，便于安装。 ( 2 ) 8 0 2 5c n c 的后面分别配置有电池盒，用于存贮数据；3 a 主保险丝；主电源 和接地点的插座，电源电压范围1 0 - - 一2 4 0 v ，频率5 0 士l h z 。 ( 3 ) 3 个i o 接口，其中i 0 1 为3 7 芯孔联接器，用于p l c 的3 2 点输入和2 4 点输 出。i 0 2 为3 7 芯孔联接器，用于p l c 的3 2 点输入，这样由i 0 1 和i 0 2 构成p l c 的 总输入点数为4 0 点实际输入，2 4 点实际输出点。i 0 3 为1 5 芯孔联接器，用于6 组o + 1 0 v 的模拟量输出，用于控制进给轴、主轴。 ( 4 ) 5 个1 5 芯孔联接器用于反馈系统，a l ：x 轴，a 2 - y 轴，a 3 ：z 轴，a 4 1 0 东北大学硕士学位论文第3 章数控系统改造 w 轴( 第四轴) ，a 5 ：v 轴( 第五轴) 式主轴编码器式电子手轮，a 6 ：9 芯联接器，用 于主轴编码器或电子手轮或探针。 ( 5 ) r s 2 3 2 c 、r s 4 8 5 共2 个通讯接口用于与外部通讯。 3 2 2a 1 、a 2 、a 3 、a 4 、a 5 联接器信号说明 a 1 、a 2 、a 3 、a 4 联接器用于进给轴的位置反馈信号的联接，共1 5 芯，其信号如 下： l a( 方波反馈脉冲) 2 天( 方波反馈脉冲) 3 b( 方波反馈脉冲) 4 百( 方波反馈脉冲) 5 i( 机床参考点脉冲) 6 i 7 a( 正弦波反馈脉冲) 8 b( 正弦波反馈脉冲) 9 + 5 v( 供电电源) 1 0 无用 1 1 o v( 供电电源) 1 2 无用 1 3 一5 v( 供电电源) 1 4 无用 1 5 屏蔽 3 2 3a 6 联接器信号说明 a 6 联接器用于连接电子手轮式主轴编码器，由参数p 6 1 6 ( 4 ) 、p 6 1 2 ( 2 ) 和p 8 0 0 确 定。 1 a( 电子手轮式主轴编码器来的轴方波脉冲) 2 b 3 i( 从主轴编码器来的机床参考点信号) 4 + 5 v( 供电电源) 5 o v 9 屏蔽 东北大学硕士学位论文第3 章数控系统改造 3 2 48 0 2 5c n c 操作方式 8 0 2 5c n c 共有l o 种操作方式，通过按o pm o d e 键选择。 ( 1 ) 自动a u t o m a t i c 程序连续执行。 此方式可执行程序自动加工，每按一次循环启动键，连续执行加工程序，直至程序 结束。按循环停止键停止程序执行。c n c 执行标准的数控加工程序常用的方式。 ( 2 ) 单段s i n g l eb l o c k 程序单段执行 此方式可执行程序自动加工，每按一次循环启动键，只执行一个程序段，加工中常 用的方式。 ( 3 ) 录返p l a y - b a c k 手动操作机器的同时将程序送入存储器，实际操作几乎不用此方式。 ( 4 ) 示数t e a c h 1 n 建立和执行一段未存入存储器的程序，用示数方式，一个程序可以在执行每一个程 序的同时存入存储器，实际操作几乎不用此方式。 ( 5 ) 空运行d r y r u n 检查程序是否正确，加工常用此方式验证程序的对错，有 时可以借助加工轨迹图型来检验程序。 ( 6 ) 手动零点设定j o g 2 e r os e l 附g 此方式是最常用方式。用于手动移动机床；回机床参考点；输入执行f 、s 、t 功能； 设量刀库的初始状态；手轮操作。 ( 7 ) 输入输出i n p u t o u p u t 与外设通讯。此方式一般不用。 ( 8 ) 刀具补偿t o o lo f f s e t s 用于g 5 3 g 5 9 输入、修改和检查1 0 0 组刀具的尺寸，以及g 5 3 g 5 9 所对应的坐 标原点偏移量。 ( 9 ) 特殊方式s p e c l a lm o d e s 是机床维修和出厂及改造常用方式。用于c n c 的一般测试，输入输出的校验，设 定m 功能代码，设定机床参数，输入螺距误差补偿值，p l c 操作。此方式最为方便的 即是可在此方式输入及修改p l c 程序，检验p l c 的输入输出点的状态，是维修调试必 用的操作方式。 3 3f a g o r8 0 2 5c n c 与机床的联接改造 f a g o r8 0 2 5c n c 与机床的联接框图如图3 2 所示，其它见附录图1 0 、l l 、1 2 。 12 东北大学硕士学位论文 第3 章数控系统改造 图3 28 0 2 5c n c 与机床的联接框图 f i g3 28 0 2 5c n cc o n n e c t i o nb l o c kd i a g r a m 3 3 1f a g o r8 0 2 5c n c 与光栅尺的联接 f a c t o r8 0 2 5c n c 通过a 1 、a 2 、a 3 、a 4 口分别与x 、y 、z 、w 轴的位置反馈光 栅尺联接，联线采用7 芯屏蔽线。信号只联接a 、b 、i 及电源+ 5 v 和0 v 。 3 3 2f a g o r8 0 2 5c n c 与电子手轮的联接 电子手轮安在操作面板上，通过a 6 端口与c n c 联接，联接信号为手轮方波信号a 、 b 和电源+ 5 v 和0 v ，采用屏蔽线。 3 3 3f a g o r8 0 2 5c n c 与伺服单元的联接 f a g o r8 0 2 5c n c 与伺服单元的联接通过i 0 3 口与各轴伺服单元联接，1 0 v 接端子 5 6 ，0 v 接端子1 4 。c n c 提供0 到1 0 v 的模拟量用于速度控制。 3 3 4f a g o