BFT130卧式鏜銑床數控系統改造方法研究

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   時間:2014-03-11 14:02:19
BFT130卧式鏜銑床數控系統改造方法研究簡介
    0 前言   我公司 BFT 130卧式鏜銑床是八十年代末從東德購入的一台普通數控機床。有繼電器控制和一個具有定位功能的數控裝置及PLC組成的控制系統……
BFT130卧式鏜銑床數控系統改造方法研究正文
  0 前言

我公司 BFT 130卧式鏜銑床是八十年代末從東德購入的一台普通數控機床。有繼電器控制和一個具有定位功能的數控裝置及PLC組成的控制系統。有四個進給軸和一個主軸,另加一個機械切換旋轉軸,四個進給軸由兩套可控硅驅動裝置切換驅動,單獨一套主軸驅動系統。由於電氣控制元件老化,整體可靠性差,故障頻繁,現在已經無法正常使用。為解決上述問題,針對BFT130卧式鏜銑床的結構特點,對其進行數控化改造。該機床機械傳動採用了定比齒輪箱和滾珠絲杠,機械精度好,傳動精度較高,能夠滿足數控改造的基本要求。

一、機床改造可行性分析、選型設計與調試

對機床狀況的了解深入與否往往決定一個項目的成敗。可根據被改造機床的結構。性能、運行狀態、現有加工精度、特殊功能等要求,結合電纜長度、電機扭矩及額定轉速、主軸功率。系統安裝空間等細節提出性能價格比最優的選型與配置方案。該改造項目我們採用西門子新型SINUMERIK 840 Di數控系統和 S7~300可編程控制器,伺服驅動系統採用三套 61交流驅動及IFTS交流伺服電機,並與位置檢測元件一起構成全閉環控制系統。對主軸的控制採用英國歐陸590全數字直流調速系統,取代原有電器控制元件,重新配製電氣控制櫃。BFT 30卧式鏜銑床有一個主軸和四個進給軸,編製新的PLC邏輯控制程序可以實現機床三軸聯動,進行三維的立體加工。SINUMERIK 840 Di數控系統具有3D插補、螺旋線插補、鑽削和銑削循環加工、圖形與坐標編程、圖形模擬、螺紋轉速進給功能,還有刀具半徑和長度補償、絲杠螺距和齒輪間隙補償等功自自。

1.1 關於 SINUMERIK 840 Di數控系統的簡介

SINUMERIK 840 Di數控系統是西門子公司於2001年研製的高檔數控系統,該系統提供了一個基於PC的控制概念。它除了高度的軟硬體開放性,還具有以下顯著特點:CNC控制功能與HMI功能一起都在 PC處理器上運行;840 Di帶有大量標準化工業PC機介面,用於驅動和 I/O的PROFIBUS—DP現場匯流排,WINDOWS NT操作系統,OPC應用介面和NC控制軟體。840 Di適用於多種機床的數控系統技術改造,具有廣泛的應用前景。

SINUMERIK 840 Di數控系統有三種基本工作方式:AUT(自動)、JOG(手動)和MDA(手動數據輸人/自動加工)方式。此外還有四種機床功能:增量點動功能(步進)、重定位功能(斷點返回)、返回參考點功能和設定實際值功能(刀補)。此外SINUMERIK 840 Di數控系統的PCU 50還帶有一個SG硬碟,可以把SINUMERIK 840 Di數控系統的數據(包括NC數據。PLC數據和補償數據)備份到硬碟上,也可以通過 RS 232埠或軟碟機備份到外部PC,極大的方便機床的操作與維護。

1.2 BFT 130卧式鏜銑床PLC控制程序的開發與編製

本機床採用西門子S 7—300 PLC邏輯控制器,原來的機床邏輯控制由西門子S 7—300可編程邏輯控制器所取代。西門子S 7-300 PLC有一條MPI現場匯流排與PCU連接,通過MPI匯流排與主機進行信息交換。首先在PCU 50中對S 7一300的軟體進行硬體組態的設置。使S 7—300的軟體在 840 Di數控系統中體現。然後進行 PLC的編程。對PLC的編程可分以下幾個步驟進行:

a.分析機床的電氣控制原理和結構特

b.消化理解原機床電氣邏輯控制程序功能;

C.建立新的PLC程序框圖;

d.編製新的軟體和硬體介面程序;

e.編製新的功能塊程序。

1.3 零件程序的編製

BFT 130卧式鏜銑床數控系統的零件加工程序是國際標準化的ISO代碼編製的,它可以利用自動編程工具軟體的圖形編程功能,形成引 代碼的零件加工程序或用手工編程。除了 840 Di數控系統編程手冊所描述的功能代碼外,還針對該機床的結構特點,通過PLC編程式控制制機床,使其具有如下輔助的M代碼功能。

1.4 BFT 130卧式鏜銑床伺服系統

該機床採用的伺服系統是6ilA交流驅動系統。數控機床的性能很大程度上取決於伺服驅動系統以及位置控制系統的性能,如機床的最高運行速度、跟蹤精度、定位精度。重複定位精度等重要指標均取決於伺服驅動系統以及位置控制系統的動態和靜態特性。伺服驅動系統是由電機和速度控制單元組成,它可以任意調節速度並提供切削過程所需要的轉距和功率。位置閉環控制系統需要位置反饋檢測元件,它是基於反饋控制原理工作的,把反饋信號與輸人的指令進行比較,以形成誤差值,並用此誤差值來控制伺服機構運轉。位置控制是精確的控制機床運動部件的坐標位置,快速而準確的跟蹤指令運動。

1.5 數控電氣系統的安裝

首先拆除原電氣控制系統,安裝新的電氣控制櫃及數控系統,將機床上的電氣信號元件連接到控制櫃,通過加工法蘭和連接齒輪安裝電機。

1.6 SINUMERIK 840 Di數控系統的啟動和調試

1.6.1 NC啟動

首先進人機床的參數設定界面,進人「GENERAL」窗口,設置「定義各軸名稱」的參數(各軸的名稱不可重複);然後進人「CHANNEL SPECIFIC」窗口,這裡的參數有四種,分別為:

a。把幾何軸分配到通道;

b.幾何軸的名稱;

C.設定哪個機床軸通道內有效;

d.編程時所用的軸。

然後進人「DRIVE CONFIG」窗口,在這裡匹配驅動。

最後進人「MACHINE DATA」,設置各個軸(包括主軸)的具體參數:轉速極限、最高速度。報警極限等等。

1.6.2 調試

按照 BFT 30卧式鏜銑床的電氣與數控設計圖紙,完成硬體連接,並將安裝有 SIMATIC S 7-300的編程軟體的電腦通過SINUMERIK FM—NC數控系統的 RS 232串口聯機,系統可以通電調試。首先將各種機床數據、PLC機床控制程序,報警文本等信息傳送到 SINUMERIK 840 Di數控系統,操作機床的各種基本功能,如機床控制面板的操作、急停控制、行程限位控制、回參考點控制等;另外還有外圍設備的控制功能,如液壓。潤滑、進給軸機械夾緊放鬆、主軸換檔等。按照不同的功能和調試的實際情況,可對數控系統的參數進行修改。

 二、改造后的實用價值和經濟價值

BFT 130卧式鏜銑床經過改造后通過一段時間的運行證明,SINUMERIK 840 Di數控系統在BFT 130卧式鏜銑床的數控改造中的應用是成功的,技術是先進的,達到並超過了預期的目標。該機床的各項配置(包括軟體、硬體和電氣)都達到並超過了原有機床性能。國內同等規模的數控卧式鏜銑床,價格都在200萬人民幣左右。該卧式鏜銑床的改造成功,緩解了我公司零部件加工製造中的緊張情況,已經為我公司創造出很大的經濟效益。

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