1電氣改造工程執(zhí)行前的設(shè)備狀況
該設(shè)備是武漢江漢石油儀器儀表廠于上世紀(jì)九十年代初從德國(guó) 進(jìn)口的精密加工機(jī)床。為工廠生產(chǎn)服務(wù)已近三十年的時(shí)間。由于企 業(yè)管理完善，設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間得到保養(yǎng)，設(shè)備及附件的整體性能不錯(cuò)， 完整程度比較高，而且設(shè)備機(jī)械部分的精度保持很好。在這些設(shè)備 儀器上仍然可以寄加工出高精度的產(chǎn)品零件。但是設(shè)備畢竟時(shí)間久 遠(yuǎn)，且受到空氣等腐蝕該設(shè)備在電氣控制部分上問(wèn)題較多，有些問(wèn) 題還很嚴(yán)重。比如：數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)常不知原因的死機(jī)、黑屏。電柜內(nèi) 的控制器件因老化經(jīng)常出現(xiàn)故障、機(jī)床電纜也老化破損嚴(yán)重導(dǎo)致產(chǎn) 生誤動(dòng)作。由于設(shè)備電氣控制部分故障的原因經(jīng)常導(dǎo)致機(jī)床加工中 斷、或產(chǎn)生不合格產(chǎn)品。再者時(shí)間久遠(yuǎn)，系統(tǒng)的備件供應(yīng)困難，維 修費(fèi)用不斷增高。設(shè)備經(jīng)常處于停機(jī)待維修狀態(tài)。
2設(shè)備電氣改造的可行性探討及數(shù)控系統(tǒng)的選型
鑒于該設(shè)備機(jī)械部分的良好狀態(tài)，加工工藝范圍也非常適合工 廠生產(chǎn)產(chǎn)品的需求。與其將錢花費(fèi)在不斷增高的電氣備件維修上， 不如一次性投入將包括數(shù)控系統(tǒng)在內(nèi)的所有電氣部分更換一新，恢 復(fù)機(jī)床原有的全部功能?？紤]到數(shù)控系統(tǒng)正常的使用周期一般在十 年左右，在機(jī)械部分正常保養(yǎng)和使用的情況下，改造后設(shè)備在十年 內(nèi)將不會(huì)有大的維修費(fèi)用支出。在不用投入很多費(fèi)用進(jìn)行機(jī)械翻新 的前提下，進(jìn)行或不進(jìn)行電氣改造的判斷就很容易的被得出了。
使用什么品牌的數(shù)控系統(tǒng)及其配套產(chǎn)品來(lái)替換原有的產(chǎn)品，我 們進(jìn)行了較長(zhǎng)時(shí)間的思考。原因有很多方面，首先我們希望使用具 有良好穩(wěn)定性的進(jìn)口數(shù)控系統(tǒng)，因?yàn)橛布目煽啃院头€(wěn)定性是 *的。其次在系統(tǒng)的編程及使用上，要求能與舊的數(shù)控系統(tǒng)在 功能上相匹配，如：自動(dòng)選擇切入、切出封閉輪廓的軌跡編程，擁 有在鉆孔方向自動(dòng)遞減的深孔鉆削循環(huán)，擁有多種組合形狀和加工 順序的陣列孔加工等*功能。其次要與其他配套產(chǎn)品的配套可靠 性要好，性能發(fā)揮充分。如：數(shù)控系統(tǒng)同伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及電機(jī)、數(shù) 控系統(tǒng)同位置測(cè)量系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)與可編程控制器等。后整體配 套費(fèi)用也應(yīng)是被考慮的因素。綜合幾方面的情況，也有對(duì)同樣是德 國(guó)制造的信任，我們經(jīng)過(guò)不斷對(duì)比分析，終選擇了德國(guó)海德漢公 司生產(chǎn)的tnc 320數(shù)控系統(tǒng)，該設(shè)備海德漢ls1378c直線型光柵尺、 內(nèi)裝型plc可編程控制器及rod700角度編碼器。配套日本安川公 司生產(chǎn)的cimr-f7m系列的主軸驅(qū)動(dòng)器及電機(jī)、安川生產(chǎn)的sgdm 系列進(jìn)給軸伺服放大器及電機(jī)。
3電氣改造工程的硬件設(shè)計(jì)
舊主軸的驅(qū)動(dòng)使用的是4kw的雙速控制三相異步電機(jī)，用plc 控制的繼電器邏輯進(jìn)行電機(jī)的正/反轉(zhuǎn)、平滑啟動(dòng)、及快慢速控制。 主軸換擋使用三個(gè)可正/反向旋轉(zhuǎn)的直流電機(jī)帶動(dòng)機(jī)械撥叉進(jìn)行齒 輪級(jí)的切換。配合主軸電機(jī)的雙速控制，可實(shí)現(xiàn)機(jī)床加工主軸40到 4000轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的21級(jí)固定轉(zhuǎn)速變化。操作控制時(shí)操作者需在控制 系統(tǒng)上對(duì)應(yīng)輸入21個(gè)命令代碼，plc控制進(jìn)行電機(jī)的速度選擇及相 應(yīng)檔位的切換動(dòng)作。
由于舊主軸電機(jī)故障頻繁，維修費(fèi)用較高。再者這種輸入21個(gè) 命令代碼的操作方式也很繁瑣，不及現(xiàn)在流行的轉(zhuǎn)速直接輸入方式 *。改造時(shí)我們首先選用了伺服驅(qū)動(dòng)主軸電機(jī)代替了舊的三相異 步電機(jī)，提高了控制特性。其次由于機(jī)械結(jié)構(gòu)不易改動(dòng)的原因，齒 輪切換的驅(qū)動(dòng)方式?jīng)]有改變，但由以前的21級(jí)齒輪變換減少到3級(jí)。 在各級(jí)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)利用驅(qū)動(dòng)器的變頻調(diào)速功能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，這樣 由以前的21級(jí)速度控制升級(jí)到范圍內(nèi)的全速度控制。后，為了避 免這種改動(dòng)造成主軸扭矩的損失，我們?cè)趦蓚€(gè)方面采取了相應(yīng)措施： 經(jīng)數(shù)據(jù)測(cè)算優(yōu)化3檔的分級(jí)范圍；經(jīng)數(shù)據(jù)測(cè)算選用更大功率的主軸 電機(jī)。保證了主軸扭矩輸出在工作范圍內(nèi)不低于原有的指標(biāo)。
4電氣改造工程的配線施工：
首*行的是舊數(shù)控系統(tǒng)及相關(guān)部分的拆除、舊伺服系統(tǒng)的拆 除、電機(jī)的拆除、控制元器件的拆除、電柜配電盤的清理、機(jī)床外 圍電纜電線的拆除等等清理工作。在清理工作的過(guò)程中有條件讓我 們進(jìn)一步分析、理解原機(jī)床的設(shè)計(jì)控制思想，及時(shí)修改在設(shè)計(jì)階段 產(chǎn)生的技術(shù)錯(cuò)誤。在這之后，開(kāi)始進(jìn)行新系統(tǒng)的安裝、電機(jī)的安裝、 位置檢測(cè)器件的安裝、控制元器件的安裝等工作。在中間不斷有需 要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，臨時(shí)做工藝技術(shù)調(diào)整的狀況。后，進(jìn)行新系統(tǒng) 各部分的電氣互連。由于電氣改造工程的*性，我們的設(shè)計(jì)資料 不可能像新機(jī)床設(shè)計(jì)那樣出具非常全面的電氣互聯(lián)圖，也不可能出 具機(jī)床電氣分部份詳細(xì)的接線圖。全部電氣圖紙以能滿足現(xiàn)場(chǎng)施工 配線為目的。具體走線等電氣工藝問(wèn)題需要現(xiàn)場(chǎng)施工人員憑經(jīng)驗(yàn)解 決。
5電氣改造工程的軟件調(diào)試
這是整個(gè)電氣改造工程重要的過(guò)程，先前所有的在技術(shù)上 的準(zhǔn)備，都要在這個(gè)階段落到實(shí)處。機(jī)床參數(shù)要進(jìn)行精調(diào)，用以配 合該機(jī)床的機(jī)械特性，產(chǎn)生的加工效果。各種原機(jī)床可以實(shí)現(xiàn) 的功能都要一一調(diào)試出來(lái)，plc程序要進(jìn)行全面的修改和補(bǔ)充，所 有碰到的技術(shù)問(wèn)題都無(wú)法回避，必須依次*解決。具體講也可分 為幾個(gè)階段：
(1) 將機(jī)床調(diào)試成為普通銑床。各進(jìn)給軸應(yīng)能正常運(yùn)行，回零、 限位保護(hù)都可實(shí)現(xiàn)，進(jìn)給軸在各種速度下運(yùn)行都應(yīng)平穩(wěn)。主軸換擋 功能的實(shí)現(xiàn)，正/反轉(zhuǎn)平穩(wěn)，主軸動(dòng)態(tài)響應(yīng)參數(shù)要進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)給 軸的優(yōu)化，主軸的松緊刀控制，液壓系統(tǒng)的起?？刂?，導(dǎo)軌潤(rùn)滑的 定時(shí)控制等等。
(2) 在第一步的基礎(chǔ)上進(jìn)一步將機(jī)床調(diào)試成為加工中心機(jī)床。 實(shí)現(xiàn)主軸的定向功能，實(shí)現(xiàn)刀庫(kù)旋轉(zhuǎn)的回零功能、手動(dòng)旋轉(zhuǎn)功能、 自動(dòng)尋刀旋轉(zhuǎn)功能、換刀機(jī)械手地初始化、換刀機(jī)械手的手動(dòng)分解 動(dòng)作、自動(dòng)換刀動(dòng)作的聯(lián)動(dòng)、與刀庫(kù)的換刀點(diǎn)調(diào)整、等等。
(3) 將機(jī)床調(diào)整為全閉環(huán)控制。調(diào)整機(jī)床參數(shù)消除運(yùn)行震動(dòng)。 調(diào)試機(jī)床附件、全閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。調(diào)試機(jī)床加工冷卻系統(tǒng)。調(diào)試 機(jī)床門開(kāi)關(guān)與保護(hù)功能。
6改造完成的驗(yàn)收和結(jié)果
該機(jī)床經(jīng)過(guò)電氣改造后，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)順利完成了工廠內(nèi)部的 全部驗(yàn)收工作，機(jī)床全部控制功能都已可靠地實(shí)現(xiàn)。試驗(yàn)結(jié)果用事 實(shí)證明了終電氣改造工作驗(yàn)收合格。現(xiàn)在該機(jī)床正在加工車間為 工廠的產(chǎn)品生產(chǎn)可靠的服務(wù)著。
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