CK3263数控系统改造选型与应用

摘 要　针对CK3263数控转塔车床数控系统改造的选型与应用，阐明了数控系统选配中择优工作的重要性，同时追求节约改造资金和改造综合效益最佳的原则。

一、概述

现有工业企业中有相当数量的早期数控设备由于数控系统老化、过时等原因而不能被充分利用，其中部分企业又存在着资金短缺的现状。在这种情况下，以延长设备使用寿命和提高精度及稳定性为出发点的数控设备改造就显得尤为重要。降低改造成本和追求改造综合效能最佳是企业的目标。公司的一台国产CK3263数控转塔车床已连续使用14年，其数控系统已老化且关键部件无法全面恢复，综合考虑认为：对该设备进行数控部分系统性的升级改造要比东拆西补式的维持性修理更经济、更合理。

改造数控设备，重要的一点是正确选用好数控系统，数控系统的性能如何关系到机床设备性能是否能够真正得到恢复和提高。此改造的重要一步，就是先对设备的性能、使用操作、各项技术参数等进行全面的掌握、了解，熟悉机床电气工作原理与配置使用情况，在充分技术分析论证基础上，结合数控系统的市场调查结果，最终确定具体改造方案。

1.改造前的状况

这台CK3263数控车床原有数控系统使用了辽宁精密仪器厂生产的LJ－10T－DYNAPATH型控制机，并由FANUC交流主轴驱动装置以及FANUC直流伺服进给驱动装置构成数控系统的主体。CNC控制一个主轴、2个进给轴，通过内置PLC控制机床转塔刀架、主轴变挡、润滑等系统工作。由于设备长期使用以及数控装置老化等原因使数控系统经常出现工作稳定性差、系统故障多和备件困难等诸多问题。特别是近年来，原数控装置中插板式的程序板、输入输出接口板等经常发生故障，且备件短缺，造成修理上的困难和较长的停机时间。

2．改造选型 

根据设备使用要求和原配置工作使用状况，经过市场现状调研与分析，本着改造要有针对性与实用性、经济性与可靠性的原则，认为FANUC数控系统性能先进可靠、市场占有率高，又为工人熟悉的操作界面。所以最终选择了FANUC OTC数控系统，它是车床类通用型控制机，具有结构紧凑、体积小、精度高等特点，并且价格适中，完全满足设备使用与控制功能的需要。

二、数控系统的改造与配置

1．主轴控制机构

原机床主轴系统使用FANUC交流电机驱动控制系统，由于使用状况良好并且交流主轴系统结构简单、维护方便、故障率低，所以本着节约的原则这次仍保留原主轴交流电机及其驱动控制装置，并根据车床主轴功能需要，通过FANUC数控单元部分增加了主轴故障、零速及速度到达信号的接口配置，同时保留使用了原主轴位置脉冲编码器等数控系统组成部件。

2.X、Z轴伺服系统

原使用FANUC直流伺服电机及伺服控制单元，所用电机额定转矩为25N·m，额定转速2000r/min。考虑到实际使用中原直流伺服电机结构复杂、维护困难以及目前技术发展的趋势，而采用了FANUC数字式交流伺服驱动单元及Alpha交流伺服电机进行替换。选择的电机规格为α30/2000型，其转矩为30N·m，转速为2000r/min( X轴电机带抱闸制动器）。

3．数控系统选用

FANUC OTC控制机，其硬件配置与组成见图1。

图1　数控系统硬件配置与组成

4．机床操作面板部分

在FANUC OTC的CRT/MDI显示及手动操作面板基础上重新布置了机床操作控制面板。新增了X、Z轴手摇进给脉冲发生器以及RS232C通信接口等，同时增加了工作模式选择开关与程序保护、空运转、跳步等开关操作和相应部分的信号灯显示功能。

5．主轴变挡及转塔刀架控制部分

考虑到机床原结构完整性以及能够满足使用要求为目的，保留了主轴M21－M24四挡变挡和12刀位液压转塔刀架控制结构，只对主轴润滑、导轨润滑机构及位置分别进行了改动和调整，以达到修换方便、快捷的目的。

6．机床电气控制箱部分

重新设计配置了机床电控与电缆连线等，更新了X、Z主轴伺服变压器、控制变压器、接触器与直流继电器等控制部件。

三、数控系统的参数设定与内置PLC可编程控制器部分配置

1．数控系统的参数（包括PLC参数、伺服参数）选择与设定很重要，其数控功能的开发与利用可以通过《FANUC OTC操作说明书》进行相应参数选配和设定。如518、519号参数内容为X、Z轴快速进给速度设定值，其设定范围为30一24000mm/min，根据机床实际结构和要求分别选择设定为8000mm/min和10000mm/min。而700、701和704、705号参数属机床软件行程极限设定参数，该参数设定界线范围为机床软件工作行程容许区限，由于检测上有误差故行程极限的设定值应考虑留有裕量。一般情况下，裕量值按快移进给速度乘裕量系数0.2得出。如快移速度10m/min，乘以裕量系数0.2后得到的裕量值应是2mm。

2．数控系统内置可编程序控制器PLC规格为PMC-L型,I/0配置为104/72点，其中PLC程序编程设计中各类信号地址使用与分配具体按表1来执行。

表1

上述各类信号状态及变化情况可通过操作机床操作面板上的DGNOS键进入自诊断画面来查询，从而确认数控系统与机床之间的接口信号状态是否正常。这里CNC完成数字控制功能，PLC执行寄存顺序控制程序，顺序程序调试时用RAM完成，调试完毕后存入EPROM。

PLC编程是用继电器符号形式制作梯形图，根据梯形图进行编程并将程序输入ROM后用于机床的实际使用。

四、改造效果

1．原数控系统结构分散，线路多而复杂，新系统结构紧凑、易维护。

2．增加手摇脉冲发生器、RS232C接口装置等使用功能，方便了操作者的使用与编程。

3．实现字符和图形显示功能、可用计算机软件编程，提高了机床使用与操作效率。

4．具有故障自诊断、参数检查、P/S报警信息显示与梯图动态显示功能，从而提高检修工作效率。

5．机床可靠性得到全面加强。

该设备原值67.5万元，这次数控系统改造费用为18.5元，改造投资比例为27％。设备增值后的资产值（设备净资产加上改造投资）远低于购买相同类型数控机床的投资额，且由于投入使用以来设备故障率大幅下降，从而使生产效量均有了较大提高，因此取得了良好的投资效益。