大森3i―G数控系统在N088卧车改造及应用

摘要：N088卧式车床是我公司轿车泵车间轴料班的关键设备，一直承担5V油泵轴的加工任务，该设备是2000年南京机床厂生产的，系统采用的是西门子早期的801T，自安装使用至今，电气部分严重老化，故障率高，备件缺乏且昂贵。但机械部分精度良好，因此采用大连大森3i-G数控系统及苏州富士变频器对设备做数控化改造。

关键词：大连大森3i-G数控系统 数控化改造

中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）02-0072-02

1 设备现状及改造必要性

随着我国经济的飞速发展，电气设备制造行业的复苏，拥有高精尖的数控设备对企业市场份额的占有起着重要的作用，但如何发挥老设备的作用同样是极其重要的，对老设备进行可行性的数字化和数控化改造，是一条投资少，见效快的有效途径。近年来，随着国产数控系统开发逐渐成熟，国内占有率逐年加大，系统的稳定性逐年提高，而且性价比非常合理，最终我们选用了国产的大连大森数控系统。N088卧式车床是我公司一台老式数控机床，已经使用10多年，是轴料班的关键设备。设备丝杠、导轨和主轴精度良好，但由于电气系统故障频繁，造成设备在近年无法长期正常使用，因此必须对设备电气系统做必要的改造。

该设备为标准的卧式车床，有两个进给伺服轴和一个机械换挡调速主轴，伺服轴为X轴和Z轴。刀架为烟台环球产的8工位卧式电动刀架。

2 改造方案设计

对老旧设备的改造通常的做法是选用相应规格的驱动装置以控制电机的启停运转，使用PLC（可编程控制器）作为设备的控制核心，这是一种有效的电气改造方法。因此在对N088的改造方案确定后，针对设备主轴及机械精度良好的状况，选择好改造方案后对机床进行数控化改造。

具体方案如下：

首先将原有数控系统拆除，对设备的X轴Z轴丝杠及电动刀架进行检修处理，重新制作伺服电机连接盘，将SCG-10ADG伺服电机与机床链接固定好。大森数控系统装机，主要包括系统与主轴变频器的连接，系统与I/O的连接，系统与伺服的连接等。硬件配盘完成后，进行软件编制（编制PLC梯形图）来控制辅助功能动作。反复调试PLC梯形图程序，最后使动作符合加工工艺要求。

2.1 大连大森3I-G数控系统简介

（1）系统功能。大连大森3I-G数控系统是大森公司针对车床和铣床开发的中档经济数控系统，使用的是日本技术，将CNC、PLC、HMI和PCMCIA接口高度集成在一块控制单元中，控制单元是3I-G数控系统的核心，各种软件程序和参数如NCK、PLC、MHI都存储在控制单元的SROM中，用3.6伏电池保程。运行软件存储在FROM中。系统各部件是通过BUS总线进行连接和通讯的。大森3I-G系统属于半闭环系统，采用了32位处理器，具有标准的G、M、T指令代码，系统分辨率为1um。系统最多可控制三个数字进给轴和一个模拟主轴。（2）PLC部分。大森3I-G数控系统的电气控制核心PLC部件集成于控制单元，外部的输入输出功能由I/O模块完成，它具有2个50芯的插槽，包括64位数字量输入和64位数字量输出，PLC的编程软件是WINDOWS XP软件写字板功能，用指令编辑梯形图程序，保存后用PC卡传入机器中，传到数控系统中的梯形图可在系统的显示器上修改并存储，使用十分方便。（3）驱动单元。大森3i-G数控系统使用的是DSAS-15UMC通用伺服驱动单元，该单元采用DSP（数字信号处理器）芯片，大大加快了数据的采集与处理速度。使用最新的功率器件IPM，使驱动器体积大为减小，外观简洁，结构紧凑。它具有宽速比，恒转矩，最高速度3000r/min，回转定位精度为1/10000转等。与之配套使用的电机是SCG系列的交流伺服电机，参数为1.5KW 6NM，编码器脉冲为2500线，信号是5V矩形脉冲，系统单元配备的接口模块用于速度环和电流环及位置环的控制。系统控制单元可选控1个、2个、3个伺服轴。在本次对N088改造中，因为是车床所以选用2轴模块加以控制，再配置一个模拟轴对主轴电机进行控制。

2.2 大森3i-G数控系统连接原理框图（图1）

3 大森3i-G数控系统的调试

3.1 系统通电

在确定系统的联接与供电部分正确无误后，可以对系统控制单元、接口单元及伺服放大器控制回路供电，控制单元和接口供直流24V电压，伺服部分供伺服变压器输出的三相交流200V电压。三相交流380V电源直接为伺服变压器原端，开关电源输入侧接单项220V电源供电。

（1）3i-G系统。开机后标准的机床数据加载成功，系统进入主画面，显示3i-G大画面并提示现在没有回原点，接下来要进行手动回原点操作。（2）驱动部分。 经三相伺服变压器输出的交流200V电压，先取出一组单项电压加在伺服控制回路，放大器的指示闪亮，待放大器内检正常的情况下，运行指示灯亮，接触器MC吸合驱动部分正常投入。（3）接口部分。从开关电源侧过来的直流24V电源，直接加到接口板的电源插座上，接口板上的指示灯闪亮，证明电源已正确投入。

3.2 PLC的调试

此系统的PLC集成在控制单元上，它的优点是对用户完全开放，用XP系统的写字板功能可以直接编译梯形图，用CF卡直接传送的系统上，并在系统上任意编辑。它有基本命令17条，特殊命令2条，这些命令足以满足对车床的改造。

现在举例加以说明：（1）急停信号的处理。当机床或操作人员要发生安全事故时，迅速按急停按钮，急停信号起作用，切断放大器电源、主轴传动及刀架尾座等回路。使机床立即停止。（2）各轴的回零操作。这套数控系统配的是增量编码器，重新开机时需要作回参考点操作，使得机床的软限位及机床坐标系起作用。（3）辅助完成信号的处理。辅助功能完成（FIN）信号用于系统M、S、T功能动作完成后发出控制指令，来控制接下来的动作是否继续。

3.3 NC参数设置说明

完成对PLC程序的基本功能调试后，进行对数控系统NC参数的设定，将系统设置成标准车床的模式。

（1）进给轴参数。对于伺服进给轴而言，即X和Z轴还需根据具体的电机信号和滚珠丝杠等因素设定如下参数：①S020伺服控制方向设定；②S024位置增益选择；③S120X轴移动速度；④S122Z轴移动速度；⑤S259刀具总数设定⑥S330X轴反向间隙补偿量；⑦S332Z轴反向间隙补偿量；⑧S700X方向电子齿轮比；⑨S702Z方向电子齿轮比。这些主要参数设定后，进给轴参数配置基本完成。

（2）主轴参数。在N088机床的改造中，将主轴定义为带编码器反馈的模拟主轴（由参数18.7设定）。由系统的主轴通道携带，连接示意图如下：（图2）

将下列主轴的主要系统参数设定完成，主轴功能得以完善。

①S040主轴计数方向；②S043主轴速度到达；③S270主轴功能选择；④S280主轴每转反馈脉冲数；⑤S281主轴速度到达信号等待；⑥S820主轴最高转速。

3.4 驱动器参数的设置

开机初始化设定后，驱动器内调出标准的参数存入ROM区，这些参数基本满足设备的使用要求。如果驱动电机有问题时，可以再适当修改部分参数。如我们在调试中发现伺服电机旋转是抖动，我们试着调整5#（速度比例增益）和9#（位置比例增益）参数，最终使得电机运转平稳，故障解除。

3.5 数据备份

大森3i-G数控系统提供两种数据备份方式，一种是系统的数据可以通过RS232串口直接备份到个人计算机中。另一种是存储卡插在系统主板的接口上，进行参数的输入输出。第二种操作比较简单。

传输的数据包含：系统参数、用户程序、刀具补偿、PLC应用程序等。

存储卡与现在流行的FANUC存储卡是通用的，市场价格十分便宜，一般256M容量30元左右，而且很好用，很稳定。备份下来的所有参数容量只有500K左右。

4 报警

大森3i-G数控系统为用户提供了8个PLC用户报警，地址分别是570―577，每个报警对应一个报警地址，当序列发生器输入的时候，这个地址就有一个输出信号，信号可以去带动需要控制的通道，达到自己的目的。同时显示器上还能显示一个长度为半角20字以内的提示信息。现举例说明。（图3）

5 整机调试时出现的问题

5.1 辅助电源接通后轴驱动器ERR-9报警

驱动器“9”号报警为编码器故障，原因是钳工装配齿轮过程中，敲击齿轮时震动了光栅，导致编码器出现错误，重新调整编码器后正常。

5.2 伺服单元出现“13”号报警

原因：机械负载过大。

解决：检查轴承被帽、导轨楔铁松紧度及丝杠平行度等。

整机调试过程中还出现一些其他问题，比如系统开机后显示器显示基本输入输出错误，主轴转速与实际不符，伺服进给距离与实际指令不符，主轴编码器硬件故障，伺服未准备好等。经过查阅系统说明书及联系厂家人员故障得到解决，使自身对本套系统的理解又提升了一步。

6 结语

通过应用大森3i-G数控系统对NO88卧式车床的数控化改造后，设备的运行状况和加工能力均有大幅提高，而且对加工件产品质量的控制能力也有一定的提升，我充分体会到应用比较先进的数控系统对老设备改造，确实是一条提升老旧设备的有效途径。同时使一台几乎废掉的设备，重新找回它原有的价值。成功改造这台数控车床后，对大森数控系统有了深入的了解，优点方面本人觉得系统的稳定性和操作性不比安川、三菱、FANUC等进口大品牌差，维修人员反映故障率很低。缺点方面是伺服驱动器内部的DC5V滤波小电容常有击穿现象，原有电容工作电压是25V的，更换耐压50V的以后没有再出现问题。伺服驱动器及伺服电机功率小，只适合6150型的卧式车床改造，大型的立式车床此系统就望尘莫及了。希望厂家早日推出大功率数控系统。

参考文献

[1]《DASEN3i-G连接手册》.

[2]《DASEN3i-G PLC手册》.

[3]《DSAS15UMC数字伺服驱动使用手册》.

[4]《NO88电气原理图册》.