XK713數控銑床系統的改造

施伯誠

（美光半導體（西安）有限責任公司，西安 710000）

XK713數控銑床系統的改造

施伯誠

（美光半導體（西安）有限責任公司，西安 710000）

研究對象是一臺數控系統基本報廢、機械系統尚處于可用狀態的舊數控銑床，目的是將其改造成為一臺功能比較完善、操作簡單、精度、效率和自動化程度得到較大提升的實用型機床，并能更好地適應新工藝、新技術，進而探索出一條舊數控銑床改造的新路。

數控 改造 系統

1 改造對象的概況

該XK713數控銑床原產于北京第三機床廠，1999年購置，現已無法使用。經檢查，現機床狀態如下所述。

1.1 數控系統的狀態

（1）系統本身完全損壞，無法啟動；

（2）大部分接口老化，規格與市場現有的HNC-21系統無法兼容，失去維修價值；（3）操作面板有1/3左右的按鍵失靈，信號燈全部損壞；（4）手搖脈沖發生器反應不靈敏，懷疑內部觸點存在問題；

（5）CRT顯示器損壞，無顯示；

（6）DNC無法使用，懷疑其軟件丟失。

1.2 控制電柜的狀態

（1）Z軸驅動模塊損壞不工作，X、Y驅動模塊工作不穩定，存在較嚴重的“丟步"現象；

為更好地反映整合擴展后的業務范疇，巴斯夫將“作物保護”業務部更名為“農業解決方案”業務部。該業務部還成立了新的全球種子及性狀業務部門。

（2）主軸變頻器工作狀態不穩定，懷疑參數丟失或部分模塊失效致使其性能下降；

（3）變壓器組輸出電壓波動率≥10%，發熱明顯（通電測試約30min），繼續使用有危險性；

字式交流進給伺服系統替代原X、Y、Z軸步進驅動單元，用光電編碼器檢測裝置替代原感應同步器反饋，選擇內裝型PLC及其應用程序取代接觸器、繼電器控制電路，實現開關量和動作量的邏輯控制，提高控制精度和能力。系統總體控制結構如圖1所示（只畫出一個進給軸）。

圖1 C N C控制系統總體結構

（4）8個繼電器中，4個不工作，缺少2個HNC-21系統所需的系統控制繼電器（新系統需要10～11個）；

1.3 電機與檢測裝置狀態

（1）主軸電機轉速偏差太大（理論2500r/min，實際測速為1800r/min），拆卸后發現電機線圈老化，有斷相現象。

（2）各軸的進給電機完好，但接口與HNC-21系統不匹配；

（3）電機配置的編碼器工作狀態不明（因系統損壞無法啟動，故無法檢測），接口與HNC-21系統不匹配，需要另行制作。

2 改造方案設計

（1）數控系統將原先的簡易數控系統、電氣控制部分拆除，用國產主流數控系統替代，維修變頻器，調整變頻器參數適應新的系統。用數字式交流進給伺服系統替代原X、Y、Z軸步進驅動單元，用光電編碼器檢測裝置替代原感應同步器反饋，選擇內裝型PLC及其應用程序，以取代接觸器、繼電器控制電路，實現開關量和動作量的邏輯控制，提高控制精度和能力。

（2）電柜重新設計電柜，按照新系統的要求配置、布局，并考慮冷卻、除塵、安全保護和維護的方便性等因素。

3 XK713數控系統的選型

由于原有的數控系統已經癱瘓，需要依據機床現有的功能，重新選擇一款合適的數控系統。因此，根據比較當前市場上的主流數控的優缺點，結合對本機床功能的要求，對各類數控系統做詳細的分析比較。

3.1 數控系統基本性能要求

數控系統的核心是計算機數字控制裝置，即CNC裝置。改造后，CNC裝置的基本性能概括如下。

控制軸數：即CNC最多可以控制多少坐標軸，其中包括移動軸和回轉軸。項目要求基本坐標軸是X、Y、Z三個移動軸。

聯動軸數：表示CNC可同時控制按一定規律完成相應軌跡插補的協調運動的坐標軸數，項目要求的聯動軸數為3個。

插補功能：此次改造要求CNC具有直線、圓弧、拋物線、橢圓、螺旋曲線、樣條函數等插補功能，插補坐標系包括直角坐標系和極坐標系。

脈沖當量（分辨率）：一是機床坐標軸可達到的控制精度（CNC每發出一個脈沖，坐標軸所移動的距離），即實際脈沖當量或外部脈沖當量要求≤0.005m；二是內部運算的最小單位，稱為內部脈沖當量，要求≤0.003m，以便在運算過程中不損失精度。

進給速度和調節范圍：用F指令以每分鐘進給距離的形式指定刀具切削速度，要求其中最大進給速度≥2m/min，進給速度調整范圍為lO～200，每檔間隔10。

主軸轉速和調節范圍：用S指令以每分鐘轉數的形式指定的主軸轉速，要求其中最大轉速≥2500r/rain。

輔助功能（M功能）：輔助功能應包括主軸的起、停、換向、切削液的接通與斷開等。M功能的使用分成立即型（在指令的程序段開始動作時立即執行）和段后型（在指令的程序段完成時才起作用）兩種。

刀具管理功能和刀具補償：用T指令來選擇刀具的功能。要求CNC能夠以“M06+T指令”的格式選擇加工時所需要的刀具，并進行刀具的半徑和長度補償。

零件程序管理和編程：CNC中可同時存儲的零件程序容量≥4M。

誤差補償功能：按補償量重新計算刀具的坐標尺寸，從而加工出符合要求的零件。

自動加減速控制：CNC系統用軟件實現自動加減速控制，對送到伺服電動機的進給頻率或電壓進行控制。

通信與通信協議：CNC有RS232C接口，最好配有DNC接口，并設有緩沖區。

自診斷功能：CNC中設置各種診斷程序，故障診斷程序可以包含在系統程序中，從而在系統運行過程中進行診斷；也可以作為服務性程序，在系統運行前或故障停機后進行診斷。

3.2 主流CNC裝置性能比較與選型結論

（1）按照上述基本要求，根據目前我國數控機床市場的系統使用情況，初步選擇SIEMENS 802D、北京FANUC 0i Mate TB和華中“世紀星”HNC-21銑床系統進行比對，從中選出適合項目需要的系統。

（2）選型結果根據上述三個廠家的CNC裝置性能和本項目改造后對CNC裝置的性能要求進行選擇。同時，由于一直使用華中數控系統，其系統的穩定性及操作的便利性能都較熟悉，再參考系統廠家的服務承諾，依據本機床所需的功能要求，最終選定華中世紀星HNC-21MD銑床數控系統。

采用開放式結構設計控制系統開放式結構有功能強大的人機界面和開發平臺。通過這個界面和平臺，使用者可以增加一定的硬件和軟件，構成滿足自己需要的系統，取消不必要的功能；系統的控制功能轉化方便，可以根據生產任務的變化及時調整。但是，目前開放式系統成本較高，隨著技術突破，未來其成本必然會大幅度降低，在舊數控車床改造中將有廣闊的使用前景。

Transformation of XK713 CNC Milling Machine System

SHI Bocheng
(micronsem iconduct or (Xi'an) Co., Ltd, Xi'an 710000)

The research object is a CNC system basically scrapped, mechanical system is still in the old NC milling machine available to transform it into amore perfect function, simple operation, precision, efficiency and autom ation degree has been greatly im proved the practical machine tool, and can better adapt to the new technology, new technology, and explore anew way of an old CNC milling machine transform ation.

numerical control, trans form ation, system