T-30加工中心的数控改造分析

　　数控系统改造的总体设计
　　
　　由于要求改造周短,SIEMENS和FANUC数控系统定货周期长（四周以上）,NUM数控系统1040有现货,使用要求操作界面为中文,在1040的基础上增加一台PC及其操作键盘、鼠标、14’彩色液晶显示器、40G硬盘、远程16输入/16输出模块二个、远程16输入模块一个、带继电器的24输出模块二个、电子手轮一个。
　　
　　为了节约改造投资,原机床的主轴驱动系统、主轴电机和X,Y,Z,B轴进给驱动系统和电机、液压和润滑系统保持不变。
　　
　　更换原机床有泄漏的冷却泵。
　　
　　为了方便操作工人对刀,给原机床增加一个电子手轮。
　　
　　原机床全部为交流110V液压阀,保留110V交流变压器,由带继电器的PLC输出控制液压电磁阀。
　　
　　为防止直流24V干扰数控系统,专门设计一个24V的开关电源供NUM1040使用,为此增加一个交流380V/220V的变压器。原机床的24V直流电源仍然为外部（除数控系统以外）使用。
　　
　　电路设计与安装调试
　　
　　液压控制
　　
　　在机床操作面板上增加“液压启动”和“液压关闭”两个按钮,“液压启动”使用常开触点（线号1305,13060）,“液压关闭”常闭触点（线号1303,1305）,连接方法与原图一致。将原图中的“CNC准备好”触点（线号1308,1309）短路,在原电路图中3CR触点（线号1321）处串入一个由PLC控制输出的继电器常开触点,作为CNC工作正常的条件,为伺服驱动电源接通（2PC）而自保（在主启动1CR释放时保持2PC吸合）。
　　
　　伺服控制
　　
　　各伺服轴的连接中:
　　
　　通道A连接HEIDENHAIN光栅测量尺U1信号。
　　
　　通道A*连接HEIDENHAIN光栅测量尺U1*信号。
　　
　　通道B连接HEIDENHAIN光栅测量尺U2信号。
　　
　　通道B*连接HEIDENHAIN光栅测量尺U2*信号。
　　
　　通道Z连接HEIDENHAIN光栅测量尺U0信号。
　　
　　通道Z*连接HEIDENHAIN光栅测量尺U0*信号。
　　
　　Y轴带有由液压电磁阀控制的抱闸（不是电机抱闸）,安装在Y轴丝杠底部,其原理是液压没有启动时靠弹簧力量将丝杠顶住,丝杠不能旋转。一旦液压启动克服弹簧力,丝杠可以旋转。所以抱闸只受液压启动或者停止控制,只要机床接通的3CR吸合,Y轴的抱闸就松开。抱闸的一端连接110V交流电零线1302,另外一端连接液压启动控制的接触器1M的触点1325。
　　
　　在机床回参考点时考虑到安全问题,首先Z轴回参考点,即Z轴离开主轴方向一定距离,然后别的轴再回参考点。为了方便加工使用,除B轴以外,X,Y,Z轴的零点都不在参考点开关附近,而是偏移了一定距离。
　　
　　B轴没有参考点开关,回参考点时以零脉冲作为参考点,所以参考点的实际位置与圆光栅的安装位置有关,更换圆光栅测量系统时要注意安装位置,同时注意修改B轴参考点的偏移量大小。
　　
　　另外B轴电机带有抱闸,直流24V电源一通就松开B轴电机抱闸。
　　
　　主轴还通过齿轮连接了另外一个1000线的编码器,作为主轴定向时使用,主轴定向可以定在任意角度（M19ECOxx,xx为角度）,在精镗孔退刀时使用。
　　
　　主轴采用油雾润滑。
　　
　　手摇脉冲发生器的端子22,23串联到急停线路中。手摇脉冲发生器的端子20,24连接到PLC,只有该端子接通（按钮按下）时手摇脉冲发生器才起作用。
　　
　　PLC输入输出配置
　　
　　输入配置:
　　
　　32输入模块共2块,合计64个输入点。
　　
　　16输入/16输出远程模块2块合计32个输入点,32个输出点。
　　
　　32输入远程模块1块,32个输入点。
　　
　　总计配置输入点128个。
　　
　　输出配置:
　　
　　除上面远程模块的输出32个点外,还有24输出模块2块,合计48个输出点。总计配置输出点80个。
　　
　　用户PLC程序设计
　　
　　NUM数控系统软件介绍
　　
　　PLCTool:它包括MachineManager和PLCTool两个部分,前者负责传送PLC程序、加工程序、工具表、螺距误差补偿和机床参数。后者负责编辑PLC梯形图。
　　
　　BackUp:负责备份数据（自动全部备份,不用选项）。
　　
　　Editpp:负责编辑加工程序。
　　
　　SetTool:负责调整参数。
　　
　　MMITool:人机界面定义（自做人机界面用）。
　　
　　NUMCom:PC与1040数控系统通信、公共协议通信用。
　　
　　NUM数控系统PLC的主要软件模块
　　
　　%INI:系统初始化模块,只在系统上电时执行一次。
　　
　　%TS0:主任务模块（扫描时间20ms）,调用子程序模块
　　
　　%TS1-TS5:系统任务模块（扫描时间100ms）%TF0-TF15:背景任务及用户界面模块（处理图形显示等）
　　
　　%SP0-SP255:子程序模块
　　
　　%TH0-TH15:快速中断处理模块
　　
　　%99999:报警文本
　　
　　NUM数控系统使用的PLC变量
　　
　　%M（0-7FFF*8bit）:中间变量,断电保持。可以表示为M0.0,M0.B,M0.W,M0.L（分别为位,字节,字和长字）。
　　
　　%V（0-7FFF*8bit）:中间变量,断电不保持。可以表示为V0.0,V0.B,V0.W,V0.L（分别为位,字节,字和长字）。
　　
　　%I:输入变量
　　
　　%Q:输出变量
　　
　　%R:读CNC变量
　　
　　%W:写CNC变量
　　
　　NUM的延时类型
　　
　　通电延时:Ton
　　
　　断电延时:Toff
　　
　　脉冲延时:Tp（保持导通时间,可变）
　　
　　PLC用户程序
　　
　　用户PLC程序主要包括:（1）液压启动/停止和机床各轴的运动;（2）手动/自动工作台交换;（4）主轴定向和换档;（3）手动/自动换刀;（5）报警文本。
　　
　　注意:（1）33=（刀位65+1）/2;（2）步数即刀链旋转的刀位数。
　　
　　自动换刀是加工中心的一个重要功能,T-30加工中心刀库有65个刀位,刀链按zui短路径将要交换的刀送到换刀位置,用新刀号（欲换的刀位号）和旧刀号（当前主轴位置的刀号）之间的关系计算出刀链的运动方向和运动步数,通过机械手实现送刀和还刀动作。
　　
　　调试中解决的主要技术问题
　　
　　Y轴下滑问题
　　
　　改造前T-30加工中心当液压关闭时Y轴由于受重力影响会下滑大约15u左右,使用中可能造成刀具损坏。改造过程中经过打表测量和检查,发现在液压停止时Y轴丝杠会旋转一个角度,原因是液压关闭时Y轴制动器的弹簧起作用,由于丝杠底座背帽拧得不紧（存在间隙）,在弹簧力作用下造成丝杠旋转,带动Y轴下滑。拧紧背帽,在关闭液压时打表测量Y轴下滑<5u,达到允许的范围。
　　
　　X,Y,Z轴参考点开关信号极性问题
　　
　　原T-30加工中心X,Y,Z轴参考点开关使用的是负极性接近开关,即达到参考点开关时电平（0V）,而NUM数控系统对参考点开关信号的要求是正极性,为了适应这一要求,我们为每一个轴增加了一个带常闭触点的继电器。
　　
　　将继电器的A,B端子（线圈）串入接近开关电路中,静态时继电器吸合,D端输出低电平（0V）,当接近开关起作用时,Uab=0V,继电器失电,常闭触点闭合,Ud=24V,输出高电平,满足NUM数控系统对参考点开关信号的要求。
　　
　　由于B轴在回参考点时没有使用参考点开关信号,而是用零脉冲信号作为参考点信号,所以不存在极性转换问题。
　　
　　冷却液不畅通问题的解决
　　
　　原机床从主轴端孔（9个）中喷冷却液,由于多年的使用加之冷却液不干净,9个端孔有7个堵塞,工件冷却效果差,根据用户恢复冷却液喷孔的要求,我们打开主轴端盖,*清除环行槽中的脏物,使9个端孔都能够喷射冷却液。
　　
　　原机床的冷却泵经过多年的使用出现泄漏,造成冷却压力达不到要求,我们用一只潜水泵代替原冷却泵,原3×380V的电源改成单相220V电源,增加了一只电源变压器以满足使用要求。
　　
　　交换工作台出现问题的解决
　　
　　在交换工作台时出现向B轴托盘推其中一个工作台的过程中,另外一个工作台也向外运动的情况。结合液压图分析是由于存在回油压力造成的,更改液压系统结构比较麻烦,我们就在编制PLC程序时从电路上采取措施加以解决。
　　
　　在接通一个电磁阀向B轴托盘推工作台的同时,置位另外一个电磁阀,使其拉住另外一个工作台不至于它向外移动,较好的解决了出现的问题。用同样的方法我们也解决了换刀门出现的在换刀过程中下落问题。
　　
　　（来源：弗戈金属加工网）