CK93200 卧式车镗床电气系统的改造

【摘 要】 通过对CK93200卧式车镗床电气系统的改造，改善了该机床的故障率，提高了机床的使用稳定性，很大程度提高了其可靠性和可维护性。

【关键词】 CK93200卧式车镗床 电气系统 改造

1 机床现状

现使用的CK93200卧式数控车镗床，原机床采用西门子3数控系统，该机床电气系统严重老化，故障频繁，因此提出对机床进行整体电气改造。

原机床主要电机参数：

X轴/Z轴/X1轴：1FT5108 2000RPM 70NM

Z1轴：1FT5073 2000RPM 11NM

主轴电机：125KW，400VDC

2 改造内容

对于这种数控机床来说，电气控制系统的可靠性至关重要。在几何精度、刚性、惯量等各机械因素一定的情况下，电气控制系统对整个加工的质量、效率则起到了决定性的作用。因此在以CNC及电气控制系统各种部件的选型中，将重点考虑它们的可靠性和可维护性。

具体改造内容包含以下四个方面：

（1）拆除原机床所有进给电机，更换为西门子1FT6或1FT7系列交流伺服电机，设计、制作、安装新的电机接口件。（2）保留原主轴电机，采用新的英国欧陆590P四象限驱动装置控制，配套电抗器、测速反馈板。通过ANA实现模拟主轴功能，直接纳入NC编程。（3）拆除原机床所有线缆、端子，更换为全新的线缆、端子，关键部位采用软管保护。（4）重新设计、制作电控柜、操作箱，采用西门子840D数控系统进行全面改造。

3 改造方案设计

3.1 数控系统

由于是双通道、双MMC，故方案选用SIEMENS840DE系统，其主要硬件配置如下：

（1）系统NCU为NCU571.5（允许双通道，6个轴/主轴，双方式组）。（2）两台PCU50.3-C1.2GHZ/512MB，自带Windows XP ProEmbSys，配置两台OP012（12’’TFT，分辨率800X600）液晶面板，支持以太网、USB、串口、并口、MPI/OPI通讯。（3）安装HMI advanced软件，中英文显示可切换。（4）配置19″MCP483C机床控制面板，带主轴和进给倍率开关；（5）配1只原装西门子手持单元，能控制4个进给轴，且带轴选择开关和倍率开关和5米延长线，安装在控制按钮站上，方便操作人员进行对刀操作；配置手轮，方便操作。（6）采用内置CPU317-2DP，S7-300PLC，配置I/O模块，I/O点数量在满足应用的前提下预留10%的余量。（7）利用S7-300PLC实现机床的所有逻辑控制，包括：主轴换挡、油泵、、夹紧放松、冷却、排削、控制电源、机床外部连锁与保护等控制。（8）OPI/MPI、PROFIBUS通讯电缆以及手轮电缆均采用西门子原装进口电缆。

3.2 主轴部分

保留原机床主轴125KW直流400VDC电机，取消将原V5直流调速系统，改为英国欧陆590P四象限全数字化直流调速系统，功率满足电机应用需求。

装置电源侧配置进线电抗器，采用测速机做速度反馈。

更换机床主轴编码器（采用西门子/海德汉原装产品，1024P/R），通过ANA模块实现模拟主轴功能，使主轴直接纳入NC编程。编码器反馈信号电缆采用西门子原装进口产品。

3.3 进给部分

（1）将原机床X、Z、X1轴1FT51082000RPM70NM的交流伺服电机更换为西门子1FT61082000RPM70NM的交流伺服电机，所有电机自带绝对值编码器；（2）将原机床Z11FT50732000RPM11NM电机更换为西门子1FT60643000RPM11NM电机，电机自带绝对值编码器；该进给轴若原有全闭环反馈装置，则予以更换。（3）所有电机的驱动器采用西门子全数字611D系列驱动器，所有进给电机的动力电缆，信号电缆均采用西门子原装进口产品。（4）所有电源模块、功率模块配置屏蔽罩，电缆连接配置线架，使系统安全、稳定、美观。配置西门子原装进口进线电抗器、吸收电阻等，配置过电压保护模块。（5）对机床的四个进给轴分别进行定位精度补偿，加装高精度组合行程开关。（6）由于采用绝对值编码器作反馈，具有参考点自动记忆功能，所以开机后各轴均不需要返参考点。

3.4 其它部分

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，系统除进行相应的保护动作外，同时显示报警号和报警文本。

重新制作电气控制柜，电气控制柜采用标准连体柜，控制柜中主要相关二类控制元件（断路器、接触器、继电器、母线排、辅助触点、按钮、指示灯、急停）全部选用施耐德或西门子品牌产品，熔断器选用茗熔产品，端子排及其附件均选用德国魏德米勒产品，直流电源选用西门子或同等品牌产品，变压器、线缆选用国产品牌产品。控制柜配置工业壁挂式空调器（制冷量不小于2500W）。

重新制作数控系统主操作箱和尾座操作箱，箱体采用铝合金型材制作，美观大气，将机床控制的全部按钮集中在操作面板上。更换机床所有线缆，重要部分采用软管配接头保护。机床及柜内所有元器件均带有元件标识，所有线缆两端均套制打号机印制的永久性线号标识，方便维修。

4 改造后系统主要功能

（1）直线、圆弧、螺旋线插补。（2）手动/自动/单步/MDI等多种运行方式。（3）标准的G功能、M功能、T功能。（4）可编程的零点偏置和旋转，镜向功能。（5）绝对/增量、公/英制编程。（6）主轴转速S（需加装变频器）和进给率F都连续可调。（7）刀具半径补偿，刀具长度补偿。（8）钻孔、锪孔、镗孔循环。（9）铣凹槽和键槽循环。（11）铣螺纹循环，用户自定义循环。（11）参数编程，子程序功能。（12）倒园、倒角、园弧过渡功能。（13）通过RS232口与PC机通讯功能。

参考文献

[1]杨小荣，孙芳.车床数控改造[M].上海：上海科学技术出版社，2007.

[2]罗永顺.机床数控化改造实例[M].北京：机械工业出版社，2010.

[3]CK93200卧式数控车镗床说明书.