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C61200大型卧式车床的全面数控化改造-----国家重点工程溪洛渡水利枢纽8000KN启闭机卷筒折线绳槽加工用机床的数控改造摘要：文章介绍用NUM1020T数控系统改造大型卧式车床的方法，介绍了与该机床有关的参数配置及PLC编程；同时介绍了这次改造后加工中运行工件程序时遇到的问题和解决办法：并介绍了这次改造的特点和改造后的效果，阐述了旧机床数控化改造的可行性和技术要点。关键词：NUM数控系统数控化改造折线绳槽加工一、改造背景及机床概况用现代化的技术改造装备我们的企业,用数控化和自动化为老企业的腾飞打造时代的翅膀。在这一理念指导下，为了使设备陈旧，技术落后的老厂成为适应现代化机械制造业的新型企业，我们设备改造技术人员付出了十分艰辛的努力，从2004年我们对C5225立车进行的首次数控改造，到今天实现公司多台关键重点大型设备的数控化改造，这时期的奋斗凝结了我们无数的智慧和汗水。为满足我公司承接的国家重点工程金沙江溪洛渡水利枢纽8000KN启闭机卷筒加工的迫切要求，公司要求对C61200大型卧式车床进行全面数控改造，使之能满足数控卧车加工的基本功能。在设备加工范围内对折线绳槽工件进行加工，达到加工要求。确保设备改造后整体性能完好，使其正常稳定运行。二、改造目的及要求：这批工号为0605-101B的固定卷扬式启闭机卷筒，直径2.786米、长度4.49米、单重25.6吨、左右24圈绳槽双向卷扬，折线绳槽螺距为60mm，绳槽半径30mm，形位公差同轴度光洁度等有关尺寸要求高,在我公司加工过的卷筒中是难度最大的。为了顺利完成这一加工任务，要求我们改造后的机床必须：满足加工折线绳槽的全部工艺要求。更换原电气控制系统，全面提高机床性能，实现机床三轴X、Z、C轴）插补功能，满足高效加工各类工件的工艺要求，更加灵活地满足用户的需求。降低设备故障率，便于维护管理。三、主要技术方案这台C61200大型卧式车床是武汉重型机床厂生产的，在我厂服役多年，其电气控制系统在多年前进行过简易数控改造，操作人员需要蹲在操作台上手动进刀和退刀，使人疲惫不堪，表面光洁度必须由人工进行打磨，操作极不方便。并且由于该机床一直处于超负荷运转状态，电控系统故障频繁，且维修困难。造成机床长时间停机待修，严重影响了生产效率，对其进行电气改造迫在眉睫。经我们设备技术人员对机床精度、原机床电气原理、加工工艺过程的认真分析，综合考虑了可靠性、性能、功能和价格等因素的基础上，提出数控改造技术方案,具体配置如下：（一）数控系统采用NUM1020T系列，其基本配置如下：1.NUM1020T,配轴口4个，分别为X轴、Z轴及回转轴C轴，外加一手轮轴口。2.配置模块化液晶显示面板,通过在PC上安装在WINDOWS操作系统下的HMI软件与NC进行通讯,中文的全新的时尚人机友好界面（见图），友好的对话方式,可鼠标完成大部分操作，极大地方便了机床调试、设定参数，及操作工人的编程操作。4.NUM1020T内置PLC，选64/48点输入/输出板。5.全PC操作面板，自行设计制造机床操作面板，包括主轴加、减速按钮及进给倍率开关，三轴手动方向控制按钮，并配电子手轮。6.对机床的两个直线轴（X轴、Z轴）向移动及一个回转轴（C轴）分别进行补偿，消除传动间隙。加装回零检测开关，使机床具有较高的回零精度。7.通过PLC编程设置全方位报警文本功能，使系统能自动检测由于误操作编程错误，各电气部件问题所引起的各种故障，系统进行相应的保护动作外，同时显示报警号和报警文本。（二）主轴控制部分方式电位器当前坐标该机床主轴原采用EUROTHERM590+数字式直流调速系统控制，主轴转速使用模拟量给定信号，开环主轴控制。主轴与C轴共用的启动、停止、点动、变速、润滑等操作都集成在机床操作面板上。主轴保留原直流电机，具有速度反馈；C轴则采用交流伺服电机控制，具有位置反馈(与FAGOR编码器形成全闭环控制)。主轴电机与C轴电机的电控切换采用安装在电柜内的钥匙开关。1.加工折线绳槽时，C轴采用BPH190AK(1200RPM/100NM)交流伺服电机，由MDLA2100Q00驱动器进行控制。2.加工其他工件时，主轴传动电机更换为Z4-200-3190KW直流电机，由原EUROTHERM590+数字式直流调速系统控制，减少不必要的开支。3.位置反馈采用与主轴花盘同轴安装编码器,编码器型号为S90000-D90-C。（三）刀架控制部分调整刀架机械传动链,确保机械传动精度。更换原刀架Z轴（大溜板）交流伺服驱动电机及驱动装置。驱动电机型号为BPH1907K（2000RPM/75NM）。新增刀架X轴（小溜板）交流伺服驱动电机及驱动装置。进给驱动电机型号为BPH1424K（2000RPM/22NM）。（四）其它部分电机的控制均采用PLC编程控制。1.刀架润滑油泵电机：JWO92-40.55KW380V1.5A2.尾座快速移动电机:XLED22-742.2KW1500r/m3.尾座顶针移动电机：JHO2-1Z-40.8KW380V1.73A4.床头箱油泵电机：JO2-42-6380V5.5KW12.6A四、本台机床改造的特点（机床重要参数及PLC程序）1.按照ISO标准，我们定义小刀架X轴实际物理地址为0，大溜板Z轴实际物理地址为1；定义主轴回转轴C轴实际物理地址为2。并设有关的参数为：P0N0=00000007地址0、1、2为显示轴P2N0=00000007地址0、1、2、3为测量轴P3N0=00000007地址0、1、2、3为插补轴P9N0=00地址0轴指定为轴组1的X轴N1=02地址1轴指定为轴组1的Z轴N2=08地址2轴指定为轴组1的C轴P97N0=1有一个CNC轴组N1=0无PLC轴组因该机床为服役多年的老设备，机械条件不是太好，大溜板导轨（Z轴）直线度不好，无法满足此产品加工要求，虽然该床身导轨在龙门铣床上进行了精度修复，但情况仍不容乐观，加上机械传动链长，传动间隙较大，而且不容许有更多的时间对机床传动链进行更多的改造。为我们此次数控改造带来了很大的困难，所以P11、P21、P23、P30、P32等几个参数在这台机床中就显得尤为关键。a)调试中一个重要参数P11（位置测量系数）此参数主要进行参数的转换，把脉冲信号转换为位置值，运动的位置（内部测量单位表示）=编码器的运动脉冲数XMulti/Divib)位置环增益系数P21最大速度指令（以DAC点）=KVARxEp最大的跟随误差KVAR=最大速度指令（以DAC点）/Ep最大的跟随误差c)CNC进行位置运算，根据最大速度P30和加速度数值P32算出位置运动的位置。Axisencoder轴的位置检测部分读到当前的位置值，Incrementalmeasurement（encoderpulses）增量式的位置测量（编码器的脉冲信号）送到轴位置卡上，CNC内部进行4分频（CountercarX4）指令位置值和反馈位置值进行相减，算出位置差值，然后进行位置环增益运算P21（KVAR/1024），同时必须考虑到位窗口P22和最大跟随误差值P23的限制，得到速度指令，然后进行数模转换DAC为模拟量的速度指令，然后通过伺服放大器进行速度环和电流环的运算来控制电机运转。2.保留手动功能，方便操作工操作。C轴伺服电机的主轴和C轴功能切换，由NUM驱动系统控制，既要在车外圆时具有主轴功能即非数控编程操作方式实现主轴与刀架联动，调速给定由数控系统程序设定,通过加、减速按钮调整主轴速度，并在窗口动态显示速度值；又要在车削绳槽时实现C轴与X轴、Z轴插补功能。由于NUM系统的模拟量I/O口可以控制2个模拟输入，一个模拟输出，我们设定主轴为PLC主轴。利用外部线路及PLC程序对伺服电机进行主轴功能和C轴功能的切换。相关PLC程序如下：图示有关主轴、C轴切换控制的梯形图3.中文界面代替英文界面更适合中国人的操作；直接进入式菜单代替原先返回再进入式菜单，使操作更显方便；智能化的子程序，让操作者尤显操作轻松和方便。五、加工启闭机卷筒时出现的问题及解决办法1.在使用程序加工时，C轴回转速度不稳定，忽快忽慢，引起该轴减速器发出刺耳声音。经请教专业编程人氏协助解决该问题后知，此问题是由于工艺编程时F（速度）指令设置有误，造成机床跟随误差忽大忽小而引起的。2.加工中存在误差问题，在加工绳槽时，C轴零点位置在一段时间后发生偏移。经分析后认为有两种原因：一是机床本身的传动误差，因该机床为旧设备，根本无法达到数控机床的机械精度要求，传动间隙、反向间隙都很大。后在参数上进行了一定的误差补偿，但无法从根本上解决问题，这也是我们在今后的旧机床数控改造中需要注意和改进的。二是工艺编程中G90、G91指令混合编程，造成累积误差，经请教专业编程人氏，采用CAD逐点编程解决。六、改造的效果经过大家的努力，我们按时完成C61200数控卧式车床的改造工作。经过数控化改造后，该机床的安全性、可靠性、易操作性、易维护性有了明显改善。完全可以正常投入生产使用。改造后的C61200数控卧式车床投入使用后，在公司领导的关心和支持下,各个部门密切配合,于2006年7月26日,在热处理粗加工车间,首件启闭机卷筒通过加工程序顺利加工完成，所有外圆折线、折点、绳槽、进退刀、有效螺距展开长度尺寸，全部通过数控工艺编程完成。经过这一段时期的生产考核，改造后的机床工作十分正常：数控系统、伺服系统及辅助电控系统、液压系统、机床状况、工件的加工精度一直处于稳定状态，为我公司的生产做出了巨大贡献。总之，应用NUM1020T数控系统数控化升级改造大型数控卧车是非常成功的。参加人员：任建生郭津嵩王周任淑敏王晓梅洛阳中重设备工程工具有限责任公司二〇〇七年一月十日