數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)在使用15年左右后就進(jìn)入了產(chǎn)品老化期，故障率和維修成本會(huì)顯著增加，這時(shí)用新的數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，與購(gòu)買動(dòng)輒上千萬元的新設(shè)備相比，具有投資少、周期短、風(fēng)險(xiǎn)小等優(yōu)點(diǎn)。本文所探討的HTM63車銑復(fù)合加工中心，屬于電腦加工中心類型的機(jī)床。該五軸聯(lián)動(dòng)加工中心增加了可擺動(dòng)的動(dòng)力刀具組件，因此機(jī)床具有可完成零件側(cè)面、正面、斜向鉆孔及銑削等功能，并具有X、Y、Z、C、B五軸聯(lián)動(dòng)控制加工能力。該系列數(shù)控車床適合加工要求較為復(fù)雜的車、銑復(fù)合加工的零件的大批量、多品種、高精度的加工任務(wù)。

1、五軸聯(lián)動(dòng)加工中心概述

　　五軸聯(lián)動(dòng)加工中心的刀具排布采用兩軸控制排式刀架排布的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、換刀快捷、可靠性極高。加工中心具有超長(zhǎng)行程的Z 軸，行程可達(dá)2000mm。因此機(jī)床在加工較長(zhǎng)零件時(shí)，和同類數(shù)控車床相比，可以明顯減少送料次數(shù)，提高加工效率。對(duì)于許多長(zhǎng)度在1500mm以內(nèi)的零件，可以一次送料完成零件全長(zhǎng)度的加工。五軸聯(lián)動(dòng)加工中心配有高速精密同步導(dǎo)套，因此可以完成對(duì)鋼件、不銹鋼件的大批量精密加工以實(shí)現(xiàn)高品位零件的高速切削。數(shù)控加工中心配備三軸鉆孔加工功能，可以完成零件軸端的鉆孔及攻絲的加工。并且針對(duì)客戶的零件，五軸聯(lián)動(dòng)加工中心配備安裝有各類鉆銑動(dòng)力刀具、或者旋風(fēng)刀具的擺動(dòng)動(dòng)力刀具模塊，因此動(dòng)力刀具可以在0-90度范圍內(nèi)擺動(dòng)，以完成各種軸件的多方向精密鉆、銑加工功能。加工中心的送料部分可以配備自動(dòng)送料器，接料部分可安裝短件接料器及長(zhǎng)件接料器，以實(shí)現(xiàn)一人操作、看護(hù)多臺(tái)機(jī)床的一人多機(jī)加工模式，為工廠節(jié)省人力資源。還可以配備自動(dòng)排屑器等多種附加設(shè)施并組成柔性加工生產(chǎn)線，以完成自動(dòng)化加工。此類加工中心床最適合加工用于航空、航天、軍工、汽車、摩托車、通訊、制冷、光學(xué)、家電、微特電子、電子、鐘表等行業(yè)的各種高精度、多批量、外形復(fù)雜的軸類零件的精密復(fù)合加工。

2、五軸聯(lián)動(dòng)加工中心改造方案

　　對(duì)原有機(jī)械部分主軸系統(tǒng)的軸承支撐系統(tǒng)進(jìn)行了動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)，提出了雙排軸承的設(shè)計(jì)方案，并對(duì)選用當(dāng)前我國(guó)市場(chǎng)上最為常見的SIEMENS 840D對(duì)原有的BOSH Micro8數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行替代；原有的可控硅直流調(diào)速的系統(tǒng)采用了配套的SIEMENS 611D數(shù)字交流伺服系統(tǒng)進(jìn)行替代；原有直流的電機(jī)選用當(dāng)前流行的SIEMENS伺服電機(jī)與交流主軸進(jìn)行替代；利用1FT6的全數(shù)字交流伺服電機(jī)對(duì)刀庫(kù)旋轉(zhuǎn)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了半閉環(huán)控制；選用德國(guó)HEIDENHAIN的RON285圓光柵與LB382C型直線光柵對(duì)所有的軸檢測(cè)裝置進(jìn)行分別的替換。

3、改造中的重點(diǎn)事項(xiàng)

　　3.1 改進(jìn)控制方案

　　主軸控制實(shí)現(xiàn)變檔三不到位的情況下實(shí)現(xiàn)主軸停止，可以采用自動(dòng)停止的方式，即設(shè)定主軸換擋的時(shí)間，在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)主軸變速到位主軸停止，若不到位，超過設(shè)定換擋伺服時(shí)間主軸亦自動(dòng)停止，而且在停止后還可以重新啟動(dòng)變速。不改變?cè)O(shè)計(jì)外部控制線路，在程序內(nèi)利用PLC的TIM時(shí)間指令實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變檔停車問題，軟件編程如下：　　LD200.02主軸l擋　　OR200.03主軸2擋　　OR 200.04主軸3擋　　AND 200.00　　ANDNOTTIM005　　ANDNOTTIM007　　ANDN0T200.05　　OUT201D1變檔私服、　　LD2O0.02　　0R200.03　　OR 200.O4　　ANDNOTTIMO06　　#8　　LD2O0.O2　　OR2O0.03　　0R 200.04　　ANDNOT201.Ol　　TIM006　　#60　　LD2Ol0l　　OR20l.O2　　ANDNOT5.12　　進(jìn) ANDNOT5.l3　　ANDNOT5.14　　OUT201.02伺服時(shí)間控制　　UD200.02　　OR2O0.003　　OR2O0.004　　AND201.02　　TIM007變速停止時(shí)間　　#600

　　3.2 自動(dòng)換刀動(dòng)作的PLC編程設(shè)計(jì)

　　此次改造使用的是西門子公司的S7-300 PLC模塊。在PLC 程序設(shè)計(jì)中，自動(dòng)換刀編程是重要的外圍動(dòng)作設(shè)計(jì)任務(wù)。該加工中心的刀具交換裝置采用可雙向旋轉(zhuǎn)的盤式刀庫(kù)，通過單臂雙爪的機(jī)械手用16個(gè)步驟將刀庫(kù)中的刀具裝到主軸上，每個(gè)動(dòng)作我們都用M 代碼進(jìn)行設(shè)定。為防止某個(gè)動(dòng)作不到位，在編程過程中加入了到位信號(hào)互鎖。另外，主軸換檔、坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)、緊急停止、冷卻液開關(guān)、轉(zhuǎn)臺(tái)夾緊、松開等其它動(dòng)作的PLC編程設(shè)計(jì)跟一般臥式加工中心的類似，在此不再介紹。

　　3.3 機(jī)床參數(shù)的設(shè)置

　　在系統(tǒng)調(diào)試初期需要先對(duì)軸參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，而各軸需根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行配置，在此以分別代表直線、旋轉(zhuǎn)、主軸的X、B、SP三類典型軸為例，介紹部分軸參數(shù)的設(shè)置情況。以上軸數(shù)據(jù)設(shè)置好以后，還要對(duì)軸的基本配置參數(shù)、回參考點(diǎn)參數(shù)、報(bào)警監(jiān)控參數(shù)、測(cè)量系統(tǒng)參數(shù)等進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，此處就不再詳細(xì)說明了。

4、改造效果

　　通過上述的優(yōu)化改造之后，HTM63車銑復(fù)合加工中心在原有的基礎(chǔ)上增加了一些新的功能，比如:剛性攻絲、主軸點(diǎn)動(dòng)、圖形模擬、DNC、手輪驅(qū)動(dòng)等，使得操作起來更為便捷和簡(jiǎn)單。選用了611D伺服系統(tǒng)和SIEMENS 840D數(shù)控系統(tǒng)，構(gòu)成了一個(gè)全數(shù)字式的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，確保了HTM63車銑復(fù)合加工中心的實(shí)際控制性能接近了當(dāng)前國(guó)內(nèi)一流的技術(shù)。改造之前HTM63車銑復(fù)合加工中心設(shè)備發(fā)生故障次數(shù)很頻繁，經(jīng)常都會(huì)停機(jī)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的修理，而且整個(gè)維修的費(fèi)用比較大。經(jīng)過上述的優(yōu)化與改造之后，使得大大降低了HTM63車銑復(fù)合加工中心的電氣故障率，其穩(wěn)定性有了較為顯著的提高。