數(shù)控機床的數(shù)控系統(tǒng)在使用15年左右后就進入了產(chǎn)品老化期，故障率和維修成本會顯著增加，這時用新的數(shù)控系統(tǒng)進行升級改造，與購買動輒上千萬元的新設(shè)備相比，具有投資少、周期短、風(fēng)險小等優(yōu)點。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床。該五軸聯(lián)動加工中心增加了可擺動的動力刀具組件，因此機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)動加工中心概述

　　五軸聯(lián)動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)簡單、換刀快捷、可靠性極高。加工中心具有超長行程的Z 軸，行程可達2000mm。因此機床在加工較長零件時，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。對于許多長度在1500mm以內(nèi)的零件，可以一次送料完成零件全長度的加工。五軸聯(lián)動加工中心配有高速精密同步導(dǎo)套，因此可以完成對鋼件、不銹鋼件的大批量精密加工以實現(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。并且針對客戶的零件，五軸聯(lián)動加工中心配備安裝有各類鉆銑動力刀具、或者旋風(fēng)刀具的擺動動力刀具模塊，因此動力刀具可以在0-90度范圍內(nèi)擺動，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送料器，接料部分可安裝短件接料器及長件接料器，以實現(xiàn)一人操作、看護多臺機床的一人多機加工模式，為工廠節(jié)省人力資源。還可以配備自動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)動加工中心改造方案

　　對原有機械部分主軸系統(tǒng)的軸承支撐系統(tǒng)進行了動態(tài)優(yōu)化設(shè)計，提出了雙排軸承的設(shè)計方案，并對選用當前我國市場上最為常見的SIEMENS 840D對原有的BOSH Micro8數(shù)控系統(tǒng)進行替代；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)進行替代；原有直流的電機選用當前流行的SIEMENS伺服電機與交流主軸進行替代；利用1FT6的全數(shù)字交流伺服電機對刀庫旋轉(zhuǎn)進行驅(qū)動，從而實現(xiàn)了半閉環(huán)控制；選用德國HEIDENHAIN的RON285圓光柵與LB382C型直線光柵對所有的軸檢測裝置進行分別的替換。

3、改造中的重點事項

　　3.1 改進控制方案

　　主軸控制實現(xiàn)變檔三不到位的情況下實現(xiàn)主軸停止，可以采用自動停止的方式，即設(shè)定主軸換擋的時間，在設(shè)定的時間內(nèi)主軸變速到位主軸停止，若不到位，超過設(shè)定換擋伺服時間主軸亦自動停止，而且在停止后還可以重新啟動變速。不改變原設(shè)計外部控制線路，在程序內(nèi)利用PLC的TIM時間指令實現(xiàn)自動變檔停車問題，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 ANDNOT5.l3　　ANDNOT5.14　　OUT201.02伺服時間控制　　UD200.02　　OR2O0.003　　OR2O0.004　　AND201.02　　TIM007變速停止時間　　#600

　　3.2 自動換刀動作的PLC編程設(shè)計

　　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)計中，自動換刀編程是重要的外圍動作設(shè)計任務(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，通過單臂雙爪的機械手用16個步驟將刀庫中的刀具裝到主軸上，每個動作我們都用M 代碼進行設(shè)定。為防止某個動作不到位，在編程過程中加入了到位信號互鎖。另外，主軸換檔、坐標運動、緊急停止、冷卻液開關(guān)、轉(zhuǎn)臺夾緊、松開等其它動作的PLC編程設(shè)計跟一般臥式加工中心的類似，在此不再介紹。

　　3.3 機床參數(shù)的設(shè)置

　　在系統(tǒng)調(diào)試初期需要先對軸參數(shù)進行設(shè)置，而各軸需根據(jù)實際情況進行配置，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，還要對軸的基本配置參數(shù)、回參考點參數(shù)、報警監(jiān)控參數(shù)、測量系統(tǒng)參數(shù)等進行相應(yīng)的設(shè)置，此處就不再詳細說明了。

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、主軸點動、圖形模擬、DNC、手輪驅(qū)動等，使得操作起來更為便捷和簡單。選用了611D伺服系統(tǒng)和SIEMENS 840D數(shù)控系統(tǒng)，構(gòu)成了一個全數(shù)字式的自動化控制系統(tǒng)，確保了HTM63車銑復(fù)合加工中心的實際控制性能接近了當前國內(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)常都會停機進行長時間的修理，而且整個維修的費用比較大。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。