孔雪峰 KONG Xue-feng；崔巍 CUI Wei；張少宏 ZHANG Shao-hong

（航宇救生裝備有限公司，襄陽 441003）

（AVIC Hangyu Life-saving Equipment Co.，Ltd.，Xiangyang 441003，China）

1 機床的狀態(tài)分析及目標設(shè)定

一臺辛辛那提機床公司Sabre1000三軸立式加工中心購置于1996年，采用VICKERS ACRAMATIC A2100數(shù)控系統(tǒng)。經(jīng)過多年的使用，系統(tǒng)穩(wěn)定性隨著時間變遷也越來越差，機床經(jīng)常處于停機待修狀態(tài)，給生產(chǎn)帶來了較大影響。對機床精度進行預檢，發(fā)現(xiàn)機床直線軸幾何精度保持較好；機床主軸精度喪失，噪聲較大，需更換機床主軸軸承?；诖?，決定對機床進行改造，以恢復其精度和功能。主要內(nèi)容包括：電氣和控制系統(tǒng)全部更新；更換主軸軸承；增加自動集中潤滑系統(tǒng)。

2 機床機械部分的改造

首先拆卸工作臺、十字滑臺、主軸箱，布置安裝集中潤滑系統(tǒng)管路。機床的原主軸采用RHP X7014油霧潤滑軸承，軸承外圈有一圈環(huán)形油槽，不易買到。機床最高轉(zhuǎn)速為8000 rpm，查閱軸承技術(shù)手冊確認，現(xiàn)在采用脂潤滑軸承自然冷卻的主軸，最高轉(zhuǎn)速可達12000rpm，因此使用脂潤滑軸承也能穩(wěn)定工作于8000 rpm，故選用NSK公司的7014A5TYNSULP4免維護脂潤滑軸承更換主軸原軸承，并對主軸進行動平衡試驗。然后安裝電機、工作臺、十字滑臺、主軸箱等，裝配過程中保證機床幾何精度達到或接近出廠精度標準。

3 數(shù)控系統(tǒng)和驅(qū)動裝置選用

3.1 選擇數(shù)控系統(tǒng)和驅(qū)動裝置的原則 首先是“夠用”的原則。主要考慮機床是用于精密加工還是普通加工，機床的聯(lián)動軸數(shù)是三軸、四軸還是更多，只有在這些信息的基礎(chǔ)上才能選擇合適的系統(tǒng)。比如BEIJING FANUC公司推出的0i-D系統(tǒng)支持四軸四聯(lián)動，是國內(nèi)機床廠家使用很廣泛的一款數(shù)控系統(tǒng)，但該系統(tǒng)還有僅支持三軸三聯(lián)動的基本功能版本0i-Mate-D可供選擇。其次是“適用”的原則。主要從兩個方面考慮，一是設(shè)計人員是否熟悉該系統(tǒng)，熟悉的話，設(shè)計和以后的維護就相對簡單些。二是需考慮操作工人和編程人員是否熟悉該系統(tǒng)。最后還要注意一點，選定數(shù)控系統(tǒng)之后，還要注意其選項配置，哪些應該選，哪些可以不選需要根據(jù)實際情況認真考慮。某些選項能顯著提升系統(tǒng)的加工性能，但往往需要付出不菲的成本。

3.2 數(shù)控系統(tǒng)和驅(qū)動裝置的選擇 考慮到公司絕大部分數(shù)控機床配置的是FANUC數(shù)控系統(tǒng)，本次改造的機床用于一些較為復雜的鋁合金零件的精密加工，因此選擇FANUC 0i-MD數(shù)控系統(tǒng)。該款數(shù)控系統(tǒng)是FANUC公司在2008年左右推出的高可靠性、高性價比、高集成度的中檔數(shù)控系統(tǒng)。驅(qū)動裝置則選擇高速、高精度、高效率的αi系列智能型伺服系統(tǒng)。

4 系統(tǒng)連接和調(diào)試

4.1 硬件安裝和連接 在機床不通電的情況下，按照電氣設(shè)計圖紙將數(shù)控系統(tǒng)的CRT/MDI單元、伺服驅(qū)動器、I/O板、機床操作面板、電子手輪、伺服電機等硬件安裝到位，然后完成基本電纜連接，圖1是硬件總體連接框圖，詳細說明請參照《連接說明書（硬件篇）》。

4.2 調(diào)試準備 將所有硬件安裝連接好，機床電路安裝連接好后，就可以通電開機開始調(diào)試。在調(diào)試前還需要準備好相關(guān)說明書，包括數(shù)控系統(tǒng)《啟動手冊》、《系統(tǒng)參數(shù)說明書》、《連接說明書（功能篇）》等，其中《啟動手冊》是隨數(shù)控系統(tǒng)硬件一起提供的，它詳細介紹了初次調(diào)試系統(tǒng)時基本參數(shù)的設(shè)置方法，其它說明書需要單獨訂購。數(shù)控系統(tǒng)調(diào)試時還需要一臺電腦以及網(wǎng)絡(luò)通訊線，用于PMC程序編寫和上傳下載、系統(tǒng)參數(shù)備份等工作。

4.3 基本參數(shù)設(shè)置 FANUC 0i-MD系統(tǒng)可以通過顯示屏上的參數(shù)設(shè)定支援畫面進行基本參數(shù)設(shè)定，其目的一是通過在機床啟動時匯總需要最低限度設(shè)定的參數(shù)并予以顯示，二是通過簡單顯示伺服調(diào)整畫面、主軸調(diào)整畫面、加工參數(shù)調(diào)整畫面，更便于進行機床的調(diào)整?；緟?shù)具體設(shè)定步驟及方法在《啟動手冊》中有詳細的介紹，參數(shù)更全面的介紹需要參考《參數(shù)說明書》和《連接說明書（功能篇）》。基本參數(shù)設(shè)定完成后，系統(tǒng)就為機床運行做好了準備。在這一環(huán)節(jié)中，有些參數(shù)設(shè)定錯誤值后，系統(tǒng)會報警提示，根據(jù)提示可以有目的地進行修改；而有些參數(shù)設(shè)定錯誤值后是不會報警的，比如伺服設(shè)定中的柔性齒輪比、參考計數(shù)器容量等參數(shù)，設(shè)定錯誤值后，機床進給和回參考點會出現(xiàn)異常，而這些異常只能在機電聯(lián)調(diào)的時候才能發(fā)現(xiàn)。

4.4 系統(tǒng)PMC調(diào)試 PMC是聯(lián)系CNC和機床外部機構(gòu)的橋梁，是調(diào)度管理外部機構(gòu)的核心，它包括系統(tǒng)軟硬件、用戶程序以及I/O模塊。機床外部機構(gòu)包含機床操作面板、換刀機構(gòu)、潤滑系統(tǒng)、排屑冷卻系統(tǒng)、限位開關(guān)、回零開關(guān)等，它們都需要在PMC用戶程序的統(tǒng)一調(diào)度下配合CNC共同完成對機床的控制，因此PMC編程和調(diào)試是系統(tǒng)調(diào)試中的重點和難點。

4.4.1 調(diào)試準備 PMC調(diào)試工作的主要內(nèi)容是用戶程序的編寫、下載調(diào)試運行，PMC程序編寫使用FANUC LADDER-Ⅲ梯形圖編輯軟件，該軟件具有編輯、在線監(jiān)控、上傳下載程序、強制等功能。裝有LADDER-Ⅲ軟件的電腦可以通過以太網(wǎng)口或串口與數(shù)控系統(tǒng)主板的對應端口通過通訊線相連接，這樣就能在線進行程序編輯調(diào)試監(jiān)控了。程序編寫方法可以參照《FANUC PMC梯形圖語言編程說明書》。

4.4.2 系統(tǒng)PMC基本功能調(diào)試 PMC基本功能主要包括對操作面板、手輪的控制，比如工作方式的選擇、進給倍率主軸倍率的選擇、進給軸的選擇、手動或回零方式下的軸的控制、急停信號的處理等。為方便用戶調(diào)試，F(xiàn)ANUC公司可提供已經(jīng)編寫好的基本程序供用戶使用，實際調(diào)試時，可以直接在基本程序的基礎(chǔ)上修改完善。

將基本程序下載到系統(tǒng)中，編程軟件置于在線狀態(tài)下，此時各輸入輸出點的變化和內(nèi)部寄存器的變化在軟件界面內(nèi)也會實時顯示，就可以對基本功能進行逐一測試了。由于系統(tǒng)對很多地址的功能進行了限定，所以在調(diào)試過程中需要參考《連接說明書（功能篇）》。

4.4.3 系統(tǒng)PMC擴展功能調(diào)試 PMC用戶程序中擴展功能部分需要用戶自行編寫，包括換刀、潤滑、冷卻、報警等控制程序，完成這部分工作需要調(diào)試者具有一定PLC編程經(jīng)驗。下面以改造過程中自動換刀功能的實現(xiàn)做簡單介紹。該機床采用的是斗笠式刀庫，刀具交換指令為M06，執(zhí)行 M06指令時，NC調(diào)用并執(zhí)行宏程序O9001，宏程序控制整個換刀流程，執(zhí)行過程中，NC和PMC進行信息交換，具體動作由PMC根據(jù)宏程序指令驅(qū)動換刀機構(gòu)進行，見圖2。

圖2 換刀流程圖

4.5 精度補償在上述調(diào)試過程完成之后，機床就可以正常運行了。為了提高加工精度，需要進行螺距補償和反向間隙調(diào)整，將機床的位置精度調(diào)整到一個比較理想的狀態(tài)。這項工作要利用激光干涉儀或步距規(guī)。

4.6 其它參數(shù)設(shè)定 這些參數(shù)與操作者使用習慣和安全相關(guān)，比如界面顯示相關(guān)參數(shù)、坐標設(shè)置相關(guān)參數(shù)、參數(shù)保護、宏程序保護等參數(shù)設(shè)定。其目的是給操作者提供一個友好的操作環(huán)境。

4.7 系統(tǒng)備份 系統(tǒng)調(diào)試全部完成，機床試運行正常之后，需要對系統(tǒng)參數(shù)、宏程序、PMC程序及參數(shù)進行備份，可以采用存儲卡備份，也可以利用電腦通過通訊端口進行備份，具體做法請參照《參數(shù)說明書》。

5 結(jié)束語

本文介紹了一個利用FANUC數(shù)控系統(tǒng)對加工中心進行改造的實例，對數(shù)控系統(tǒng)的選型和實際調(diào)試的步驟、過程做了詳細說明。從企業(yè)角度來看，對老舊數(shù)控機床進行改造，恢復其加工精度和加工效率，比購買新機床能節(jié)省約50%的資金。同時，經(jīng)過改造調(diào)試這一過程，技術(shù)人員對數(shù)控系統(tǒng)的原理、功能有了更深入的了解，有利于提高維修能力。

[1]FANUC Series oi-MODEL D/0i Mate-MODEL D啟動手冊.

[2]FANUC Series oi-MODEL D/0i Mate-MODEL D參數(shù)說明書.

[3]FANUC Series oi-MODEL D/0i Mate-MODEL D連接說明書（硬件篇）.

[4]FANUC Series oi-MODEL D/0i Mate-MODEL D連接說明書（功能篇）.

[5]FANUC Series oi-MODEL D/0i Mate-MODEL D維修說明書.

[6]Sabre1000電氣圖冊.