進口RAM630臥式加工中心電氣改造

陸偉紅

(蘇州蘇福馬機械有限公司，江蘇 蘇州 215011)

一、概述

1.RAM630臥式加工中心的特點

(1)機床采用整體立柱和基座鑄件，堅固緊湊，可用三點定水平。不需要復雜的地基，可快速安裝或移動。

(2)定位旋轉工作臺(B軸)可往復運動(X軸)、主軸箱在立柱間上下運動(Y軸)。滑枕在主軸箱中的進出運動則為Z軸。X、Y和Z軸的快速運動速率可達38m/min；速度從0加速至快速所需時間小于15s。

(3)托盤交換機構允許一個托盤裝卸工件的同時另一個托盤執行切削。換刀機構可以預選刀具從而加快換刀時間，刀庫的標準容量為40把。

(4)用西門子主軸電機裝在滑枕內，它直接用雙速齒輪箱與主軸相連接。

(5)機床采用NumeriPath 8000H數控系統，是基于OS/2操作系統以多微處理器為基礎帶有智能操作站的面向任務的控制系統。有很多先進的功能，如5軸聯動、一型和二型程序代碼、用戶宏程序、加工過程中的測頭測量和自適應控制等。當接通電源時，可對各印刷電路板進行檢查和試驗。

2.控制系統的構成

8000H采用兩種不同的總線結構：主總線(多總線)和板上局部總線。可允許主控制部內各板進行通信。主控制部通過1MHzRS-485串行接口和操作站實現通信，通過光纖接口和I/O部實現通信。其內部結構如圖1所示。

此機床在國內數量較少，且機床控制系統的整體可靠性差，出現故障后多數由于缺少經驗、技術及備件等原因，機床停機維修時間較長，非常有必要進行電氣改造。

二、控制系統的改造方案及設計

1.技術方案的準備

對機床全面檢查，發現機床的幾何精度需重新調校，機械傳動鏈及絲杠、導軌的狀況較好，無重大故障，針對原8000H控制系統可靠性差的問題，在詳細比較了原機床的電氣配置后，最終選擇西門子840DSL系統進行更新改造。

2.西門子840DSL CNC系統構成

(1)系統主機為PCU50；集成MCI2-BOARD；中文顯示；USB接口；配西門子軟盤驅動器。

(2)配OP010 10.4″TFT彩色液晶顯示器和操作面板；配19″MCP機床控制面板，帶主軸和進給倍率開關。

(3)配2塊ADI4模塊，每個模塊可連接多軸控制輸出和多路編碼器(光柵尺)輸入。

(4)配MCI插件板，可連接手輪；配1臺西門子Mini帶電子手輪的手持單元，帶軸選擇開關、倍率開關和3m延長線，安裝在控制按鈕站上，方便操作人員進行對刀操作。

(5)保留機床X、Y、Z、B、SP、W(刀庫)軸、5臺交流伺服電機和西門子6SN1123伺服驅動器；保留原機床機械手T(伸進出)軸和R(旋轉)軸；840DSL CNC系統與驅動器采用模擬接口連接控制。

(6)保留機床各軸光柵尺，根據需要增加信號轉換器和電纜，以適應840DSL系統ADI4反饋接口。

(7)保留機床刀庫驅動伺服電機和西門子驅動器，驅動通過AD14與數控系統連接，恢復刀庫控制和管理功能，實現刀庫自動找刀、定位，利用數控系統實現就近選刀功能。

(8)保留機械手的伸出(T軸)和旋轉(R軸)伺服馬達和控制器，通過西門子數控系統實現刀具換刀功能。

(9)利用S7-300PLC可編程序控制器，配置128 INPUT/96 OUT點，PROFI-BUS總線連接，實現機床的所有邏輯順序控制任務，包括：主軸換擋、油泵、潤滑、夾緊放松、機械手運動、工作臺交換、冷卻、排削、控制電源、外部保護等控制。

(10)數控系統及進給驅動部分加裝交流電抗器和隔離變壓器，保證所有裝置接地良好。

3.系統連接

840DSL系統連接示意圖如圖2所示。

4.軟件設計

(1)左右托盤交換子程序如下：

N1000 IF$P_CHANNO==1 GOTO CH1

N1010 IF$P_CHANN0==2 GOTO CH2

N1020 GOTO CHER

N1030 CH1:M80

N1040 IF$A_IN[4]==TRUE

N1050 SBLON

N1060 ENDIF

N1070 IF$P_ISTEST==TRUE GOTO PFIN1

N1080 IF$P_SEARCH==TRUE GOTO PFIN2

N1090 STOPRE

N1100 IF$A_IN[1]==FALSE GOTO NREF

N1110 STOPRE

N1120 IF$A_IN[2]==FALSE GOTO PPLT2

N1130 STOPRE

N1140 IF$A_IN[3]==TRUE GOTO GPLT3

N1150 MSG(“托盤已經存在于工作臺上！”)

N1160 G4F3

N1170 MSG()

N1180 GOTO FIN

N1190 PPLT2:

N1200 REBOSUN_PUTPT2

N1210 GPLT3

N1220 PLTWW:

N1230 IF$A_IN[8]==FALSE

N1240 GOTO PLTWW

N1250 ENDIF

N1260 M73

N1270 REBOSUN_GETPT3

N1280 GOTO FIN

(2)機床報警的設計。

①對數據通道DB2從510000～520300進行PLC報警信息定義。部分如下：

510000 1 0 “通道1刀具號碼T編程錯誤，刀號不能大于總刀數40！”

510100 0 0 “X 軸沒有回零，循環啟動被禁止”

510101 0 0 “Y 軸沒有回零，循環啟動被禁止”

510102 0 0 “Z 軸沒有回零，循環啟動被禁止”

510103 0 0 “B 軸沒有回零，循環啟動被禁止”

510104 0 0 “SP軸沒有回零，循環啟動被禁止”

510105 0 0 “W 軸沒有回零，循環啟動被禁止”

510106 0 0 “T軸沒有回零，循環啟動被禁止”

510107 0 0 “R 軸沒有回零，循環啟動被禁止”

510108 0 0 “左交換托盤需要回參考點，NC啟動禁止”

510109 0 0 “右交換托盤需要回參考點，NC啟動禁止”

②對于沒有伴隨動作，用戶自定義區域數據通道DB2從700000～702463，定義一些報警停息，以便使用和維修，快速查找故障原因。部分如下：

700000 0 0 “液壓電機過載，NC停止”

700001 0 0 “液壓壓力低，NC啟動禁止”

700002 0 0 “液壓油位低，NC啟動禁止”

700003 1 0 “液壓過濾器堵塞”

700004 0 0 “液壓油溫度過高，NC啟動禁止”

700005 1 0 “機床空壓低，系統急停”

700006 1 0 “潤滑壓力低”

700007 0 0 “潤滑箱油面低”

700008 0 0 “潤滑過濾器堵塞”

700009 0 0 “機床空壓低，系統急停”

三、結論

美國產臥式加工中心普遍存在技術功能復雜、性能先進、機床精度較高，而數控系統因自行設計制造，通用性不強等特點。在國內用戶較少的情況下，維修比較困難，通過對此類進口設備的電氣改造，為以通用數控替代專用控制系統積累了一定的改造經驗。