做和GS30数控车床机电一体化改造研究

GS30数控车床机电一体化改造研究

数控机床能够实现曲线、曲而等复杂的零件加工，易于实现加工的自动化，具有加工零件精度高、尺寸分散度小、装配容易、可实现多工序的集中及工作效率高等特点，因而得到广泛应用。部分机床由于长期运转、超负荷使用或长期闲置，缺乏保养等原因，机床精度下降，特别是20世纪80年代到90年代中前期投入使用的机床，到现在已使用20～30年，普遍存在电控系统老化、故障率较高的现象。若报废，则造成资产浪费：若修理，又难于提高精度，且配件供应不足。

通过技术改造，不仅能提高机床工作精度，还可以扩展新的工能，且成本较低。对于那些精密、大型、专用、稀有的机床，采用技术改造的方式，以原机床价格l/3～1/5的费用，使机床重新恢复到良好的技术状态，是非常经济合理的技术措施眦]。

本文以GS30数控车床机电一体化改造为滚珠丝杠是转动磨擦例，开展数控机床改造技术研究，具有具有大量专利技术较强的现实意义。

1 GS30数控车床故障情况分析

GS30数控车床数控装置为西门子S3TT系统，伺服系统为直流伺服。由于该机床的使用率较高，在购买时使用均已超过3万h，投入宜宾某工厂生产后，又运行接近1万h，故而该批机床的故障率逐年提高。

通过拆检，机床的床身、立柱等基础件完好，机械传动系统基本完好，液压系统工作止常，润滑系统良好，具备改造的基本条件。

机械部分故障的主要表现，是由于设备使用时间较长，机床互、2、U、W轴丝杠螺母副磨损，精度有所下降。电气部分故障的主要表现，是电气元件的老化，引起机床故障停机时间不断上升。该机床的电气故障，最开始主要是直流伺服系统及外围控制电路故障，后来逐步发展为NC系统硬件故障。

而对这种情况，努力修好了许多电路板，排除了大部分故障，但仍有一部份电路板需要从国外购买，价格高昂且不易买到。由于缺少备件，已造成其中一台机床停机。

2 总体改造方案

机床由机械和电气两大部分组成。在设计总体技术方案时，主要从电气和机械两方而来对GS30型数控车床进行技术改造。

基本思路是：故障诊断、恢复原功能和新技术

更新。

2．1电气部分

(1)改变副主轴控制方式。为实现同步轴功能，

将开环控制改为半闭环控制；

(2)更新数控系统。为实现机床的位置控制，采用西门子公司的840D数控系统代替原数控系统；

(3)更换主轴电机系统。由lFT6伺服电机+NCU单元+61 1D驱动+1PH7代替原主轴电机系统；

(4)更换互轴、U轴光栅尺及Z轴、W轴编码器，以满足数控系统要求；

(5)配置输入输出设备。伞功能CNC键盘，薄型MCP操作而板，264．16 mm(10．4¨)液晶显示器；

(6)选择友好的中文显示人机界而。为实现图形编程、加工循环、图形模拟、螺距误差补偿等功能，选择带硬盘功能的PCIY3]。

2．2机械部分

为提高精度、效率和自动化程度，对机械部分采用更换、加工、重新装配等方法，恢复原精度：

(1)更换互、2、U、W轴丝杠螺母副，以提高机械精度。

(2)制作新的操作站，配CNC而板，CNC键盘，控制而板。

数控机床主要由控制介质、数控装置、伺服系统和机床本体等4个部分组成，因此改造后机床系统的组成框图，如图2所示。

3 电气系统的改造

针对电气系统的特点，在GS30数控车床的升级改造中，电气系统改造包括：

(1)电气控制线路的改造。根据GS30数控车床的实际控制需要，选用840D数控系统软硬件功能模块，对原电气控制线路进行改造设计。

(2)机床辅助系统电路的改造。包括冷却液、自动换刀装置、照明灯等辅助电路的设计。

(3)电源电路的改造。

(4)机床液压系统的改造。

主轴卡紧液压缸的作用，是在主轴分度后将主轴卡紧。改造后，主轴可以任意分度且不需要卡紧装置，故将主轴卡紧液压缸及其附属装置拆掉不用。

数控机床的电气控制系统图如图3所示。

4 系统软件改造设计

数控机床采用PLC代替继电器控制来完成逻辑控制，主要实验材料为热连轧GH4169镍基高温合金棒材是控制一些开关量来完成一些辅助动作，产生并处理一些报警信息，提高响应速度和可靠性。西门子840D的PLC部分使用的是西门子SIMATIC研．300的软件及模块，PLC编程语言为STEP7。NCK与PLC的通信依靠访问不同的数据块(DB块)来实现的。

数控机床PLC程序设计的重点同时也是难点主要有两个：一是机床换刀程序，二是主轴换档程序。

由于GS30数控车床的主轴不需要换档，故其程序设计的重点和难点，就是机床换刀程序，须通过NC和PLC相互配合，完成换刀动作，下而以机床换刀程序的编制为例，来说明PLC程序的编制过程。

5 参数设定与调试

系统改造后，对机床数据和设定数据均要进行修改，重点为通道参数，进给轴参数、主轴参数、螺距误差补偿数据的设定与修改。机床的调试是对机械部分的调试与伺服系统的调试191。

将一台已改造完成的GS30型双主轴数控车床投入使用，经过一年的生产运行，体现出以下特点：

(1)改造过程中床身、立柱等基础件，未做改动，改造后其机械性能稳定可靠。

(2)经过改造，机床的定位精度、几何精度总体超过改造前的水平，精度总体达到或超过了20世纪90年代中后期国产同类机床的先进水平；

(3)改造过程中，增加了现代先进数控机床的功能；提高了生产设备的自动化水平和效率。

(4)操作者对机床的特性了解，在操作使用和维修方而培训的时间短，见效快。

6 结束语

分析其使用情况，可得出以下结论：技术改造方案的制定，是科学、经济、合理的；控制系统的设计、PMC程序设计、机床参数的设定是合理可行的；所选的数控系统、伺服系统完快速发展绿色制造产业全满足使用要求；伺服系统的调整使机械和控制系统达到了较好的匹配，这是本机床改造成功关键；改造总费用控制在同档次进口机床价格的i／4以内，具有良好的经济效益。