鏜銑床數(shù)控設(shè)備系統(tǒng)改造過程中遇到的問題及解決措施

一、鏜銑床數(shù)控設(shè)備系統(tǒng)原狀

WOTAN rapid2 數(shù)控落地鏜銑床是1993 年德國生產(chǎn)的，經(jīng)過二十多年的使用磨損，機(jī)械精度嚴(yán)重喪失。原數(shù)控系統(tǒng)是西門子880 系統(tǒng)，進(jìn)入老化故障多發(fā)階段，因西門子系統(tǒng)換代出現(xiàn)備件購買困難，必須進(jìn)行機(jī)械大修和數(shù)控系統(tǒng)改造來恢復(fù)機(jī)床的機(jī)械精度和控制精度機(jī)床存在主要問題如下：該設(shè)備W 軸運(yùn)動(dòng)時(shí)爬行嚴(yán)重，目前該軸已經(jīng)不能繼續(xù)使用。機(jī)床立柱前傾，疑為W 軸氣浮板損壞所致，其他軸工作正常。機(jī)床在W 軸不參與運(yùn)動(dòng)的情況下，可以正常加工，但工件精度因W 前傾而降低。系統(tǒng)采用已淘汰多年的西門子880M 系統(tǒng)，系統(tǒng)故障后，無配件可換。液壓和潤(rùn)滑系統(tǒng)老化，很多油路不通，關(guān)鍵傳動(dòng)位置得不到潤(rùn)滑。

二、鏜銑床數(shù)控設(shè)備系統(tǒng)改造方案

（一）電氣部分的改造方案

1 系統(tǒng)選型

采用西門子公司的SINUMERIK 840D 數(shù)控系統(tǒng)對(duì)原機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行改造升級(jí)。SINUMERIK 840D 的軟硬件配置應(yīng)滿足原機(jī)床的控制功能：X、Y、Z、B 五軸聯(lián)動(dòng)，OP010 機(jī)床操作單元，10.4 寸彩色TFT 顯示器，19 寸機(jī)床控制面板，PCU50，NCU571.5，40G硬盤，零件程序內(nèi)存為 3MB。

2 驅(qū)動(dòng)單元

采用西門子611D 全數(shù)字交流驅(qū)動(dòng)裝置，1FK7 交流伺服電機(jī)代替原機(jī)床直流伺服電機(jī)，對(duì)伺服系統(tǒng)進(jìn)行改造升級(jí)；主軸保留原直流主軸電機(jī)，采用西門子 6RA70 主軸直流驅(qū)動(dòng)對(duì)主軸系統(tǒng)進(jìn)行改造升級(jí)。

（二）機(jī)械部分改造方案

機(jī)械部分的改造也是一項(xiàng)十分重要的改造內(nèi)容；設(shè)施改造以后整個(gè)機(jī)床設(shè)備能夠順利地得以運(yùn)行，加工精度能夠得到進(jìn)一步的保證。需要對(duì)機(jī)床的導(dǎo)軌、主軸、刀具、工作臺(tái)等部分進(jìn)行詳細(xì)的方案論證和方案設(shè)計(jì)；

（三）潤(rùn)滑和液壓系統(tǒng)改造方案

潤(rùn)滑系統(tǒng)的改造方案如下：首先是對(duì)原來的導(dǎo)軌潤(rùn)滑管路進(jìn)行清洗、修理，采用南京貝奇爾集中式定時(shí)定量泵改造機(jī)床元潤(rùn)滑泵；其次是改造液壓箱容積為120 升，清洗液壓控制元件及各管路系統(tǒng)的液壓控制件；再次是更換老化的管路、高壓膠管及接頭。

針對(duì)液壓系統(tǒng)的改造方案如下：

1. 更換電磁閥；

2. 增加單獨(dú)的油冷溫控器；

3. 更換氣動(dòng)部分失效的管路；

4. 修復(fù)各軸防護(hù)罩，更換各軸刮刷器；

5. 清洗檢修機(jī)床的液壓系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)，更換老化的油管、油封、及損壞的電磁閥；

6. 檢修旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)傳動(dòng)鏈，更換旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)軸承；

7. 清洗、檢修機(jī)床的液壓系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、更換老化的油管、油封、及損壞的電磁閥。檢修冷卻系統(tǒng)；

8. 機(jī)械部件組裝、調(diào)整各運(yùn)動(dòng)軸之間的位置精度，達(dá)到出廠標(biāo)準(zhǔn)；

9. 檢修氣動(dòng)系統(tǒng)，更換損壞的元器件（包括導(dǎo)軌氣浮機(jī)構(gòu)）；

10. 清洗疏通、檢修機(jī)床潤(rùn)滑油路，保證所有潤(rùn)滑點(diǎn)均能潤(rùn)滑；

11. 機(jī)床噴漆翻新。

根據(jù)機(jī)床修理改造后主要用于加工使用要求，及機(jī)床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，為了保證機(jī)床在經(jīng)過修理改造后能夠擁有足夠的加工能力和精度保障，機(jī)床的大修在保定的修理基地進(jìn)行，對(duì)機(jī)床的機(jī)械部分進(jìn)行大修，將機(jī)床進(jìn)行分解、檢查零部件是否因鏜損需要修理、和換件。

三、鏜銑床數(shù)控設(shè)備系統(tǒng)改造過程中遇到的問題及解決措施

（一）伺服電機(jī)速度不穩(wěn)

在電氣部分的改造當(dāng)中，遇到主要的問題就是伺服電機(jī)控制速度不穩(wěn)定。為解決伺服電機(jī)速度不穩(wěn)定的問題，從伺服控制參數(shù)的調(diào)整、反饋單元的檢測(cè)和數(shù)控指令的給定三個(gè)方面進(jìn)行了分析研究。通過仔細(xì)的檢修調(diào)試，排除了系統(tǒng)本身指令輸出，找到造成伺服電機(jī)速度不穩(wěn)定的原因是伺服驅(qū)動(dòng)器的控制參數(shù)不合適，結(jié)合仿真的的優(yōu)波形，確立了伺服驅(qū)動(dòng)單元控制的參數(shù)，解決了伺服電機(jī)速度不穩(wěn)定問題。接下來，敘述伺服驅(qū)動(dòng)單元參數(shù)調(diào)整確定的過程。

一個(gè)數(shù)控伺服系統(tǒng)的參數(shù)一般包括機(jī)床通用參數(shù)、軸相關(guān)參數(shù)和驅(qū)動(dòng)參數(shù)三大部分。一個(gè)伺服控制系統(tǒng)性能的優(yōu)劣需要這些不同功能的參數(shù)共同作用，配合默契才能達(dá)到優(yōu)的控制結(jié)果，為得到穩(wěn)定的伺服電機(jī)速度控制性能，按照實(shí)際機(jī)床設(shè)備的特性和仿真的優(yōu)波形對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的系統(tǒng)參數(shù)、軸相關(guān)參數(shù)和伺服驅(qū)動(dòng)器參數(shù)進(jìn)行從新調(diào)整分析，得到對(duì)伺服電機(jī)速度穩(wěn)定控制的佳性能，是參數(shù)調(diào)整的目的。參數(shù)值的調(diào)整優(yōu)化是一種為使整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到佳工作狀態(tài)時(shí)，實(shí)際負(fù)載、驅(qū)動(dòng)單元以及伺服電機(jī)工作時(shí)的佳配合狀態(tài)。

（二）工作臺(tái)抖動(dòng)

在對(duì)鏜銑床機(jī)械部分的安裝調(diào)試過程中，遇到的問題就是工作臺(tái)前后和左右方向上運(yùn)行的抖動(dòng)。在排除了電氣部分的故障后，首先，對(duì)整個(gè)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)部分進(jìn)行分析。一噸重的工作臺(tái)靠氣浮導(dǎo)軌減小臺(tái)面與底座的摩擦，使用滾珠絲杠作為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。在對(duì)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)部分的檢修過程中，首先解決絲杠的傳動(dòng)問題，對(duì)絲杠的螺距進(jìn)?了精確的檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)傳動(dòng)部分沒有故障，在對(duì)工作臺(tái)氣浮部分的檢修過程中，發(fā)現(xiàn)在工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)過程中，有部分導(dǎo)軌與底座導(dǎo)軌有接觸摩擦。氣浮導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)過程中不能完全氣體隔層，導(dǎo)致導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的摩擦力不均勻是導(dǎo)致，工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)過程中抖動(dòng)的原因。

圍繞解決導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)受阻力不均的問題，首先，對(duì)整個(gè)氣壓系統(tǒng)的壓力進(jìn)行了檢測(cè)，檢查了每一個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的壓力值和空氣壓縮機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)壓力系統(tǒng)工作正常，臨末，在對(duì)導(dǎo)軌上氣體壓力進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)整條氣浮導(dǎo)軌的壓力值不均。所以，確定工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)過程中，抖動(dòng)的原因是氣浮導(dǎo)軌上壓力不均，導(dǎo)致工作臺(tái)氣浮導(dǎo)軌向上浮起的升力不足，使工作臺(tái)導(dǎo)軌與底座導(dǎo)軌不能完全脫離，運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生不均勻的摩擦力。為解決氣浮導(dǎo)軌壓力不均的問題，采取對(duì)每個(gè)氣體管道進(jìn)行疏通，檢修由氣源到氣浮出口裝置之間的系統(tǒng)元件；對(duì)失效件予以更換。氣浮嘴部的清理，對(duì)氣浮嘴部逐一分解清理與清洗，對(duì)損壞的氣浮嘴進(jìn)行更換，軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)修理調(diào)整更換空氣濾芯和疏通每個(gè)氣浮導(dǎo)軌氣眼的方法，解決了氣浮壓力不均，解決了工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)抖動(dòng)的問題。

（三）靜壓主軸運(yùn)行不

在主軸運(yùn)行試驗(yàn)中，當(dāng)主軸在高速狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，運(yùn)行不穩(wěn)定。為解決靜壓主軸運(yùn)行不穩(wěn)定的問題，首先對(duì)靜壓主軸的工作原理進(jìn)行了分析，主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)的支撐點(diǎn)是靠均勻分布在主軸周圍的液壓系統(tǒng)。所以，首先對(duì)主軸周圍的液壓進(jìn)行壓力檢測(cè)。壓力檢測(cè)表明，在低速和中速運(yùn)行時(shí)，主軸周圍的液壓壓力穩(wěn)定且均勻。但是在主軸在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，主軸周圍的壓力檢測(cè)顯示不均勻。這是導(dǎo)致靜壓主軸系統(tǒng)工作不穩(wěn)定的原因。為解決這一問題，采取更換所有跟主軸靜壓系統(tǒng)相關(guān)的密封件，對(duì)所有參與靜壓系統(tǒng)工作的電磁閥的動(dòng)作以及電磁閥進(jìn)行疏通。，解決了靜壓主軸高速運(yùn)行時(shí)不穩(wěn)定的問題。

四、鏜床數(shù)控設(shè)備系統(tǒng)改造后的效果

由于零件精度的等級(jí)以及相應(yīng)的加工方法，代表著一個(gè)設(shè)備的加工精度與效率，有著嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)和加工要求。首先得到低精度、中等精度、高精度和特別精密精度的加工方法。

通過對(duì)數(shù)控設(shè)備系統(tǒng)的改造，使設(shè)備不僅在加工精度方面都有了較大的提高，而且大大提高了設(shè)備的智能化水平，節(jié)約了人力成，提高了生產(chǎn)效率。減少了加工工件道工序次數(shù)。改造后的設(shè)備，鏜銑床的故障率大大下降，停機(jī)次數(shù)大大減少，維修難度大大降低，從根上解決了設(shè)備生產(chǎn)能力低下的問題。新的智能系統(tǒng)和應(yīng)用軟件的應(yīng)用，編程變得更加簡(jiǎn)單，加工復(fù)雜零件的功能大大提高，工序大大減少，提升了設(shè)備加工復(fù)雜工件的能力。為提升設(shè)備的生產(chǎn)效率做出了重要貢獻(xiàn)。

（來源：網(wǎng)絡(luò)）