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鏜銑（xǐ）床數控設備（bèi）係統改造（zào）過程中遇到的問題及解決措（cuò）施

2017-2-10 來源：廣東省高級技工（gōng）學校作者：薛秋浩

摘　要　數控鏜銑床（chuáng）的數控設備（bèi）係統（tǒng）的改造，有利於提高老舊設備的加工精度，降低設備的故障率（lǜ）和維修困難等弊端。本文主要對數控鏜銑床WOTAN rapid2進行改造，以及在改造中遇到的問題（tí）提出相應的措施。結果表明改造後的鏜銑床數控設備係統可以有效地提升企（qǐ）業的生產效率。

關鍵詞（cí）　鏜銑床；數控設備係統改造；數控設備係統

一、鏜銑床數控設備係統原狀

WOTAN rapid2 數控落地（dì）鏜銑床（chuáng）是1993 年德國生產的，經過二十多年的（de）使用磨損，機械精度嚴重喪失（如圖1）。原數控（kòng）係統（tǒng）是西門子880 係（xì）統，進入老化故障多發階（jiē）段，因西門子係統換代出現（xiàn）備件購買困難，必須進行機械大（dà）修（xiū）和數控係（xì）統改（gǎi）造來恢複機床（chuáng）的機械精度和（hé）控製（zhì）精度機床存在主要問題如下：該設備W 軸運動時爬行嚴重（chóng），目前該軸已經不能（néng）繼續使用。機床立柱前傾，疑為W 軸氣浮板損壞所致，其他軸工作正常。機床在W 軸不參與運（yùn）動的情況下，可以正常加工，但工件精度（dù）因W 前傾而降低。係統（tǒng）采用已淘（táo）汰多年的（de）西門子880M 係統，係統故障後（hòu），無配（pèi）件可換。液（yè）壓和（hé）潤滑（huá）係統老化，很多油路不通，關鍵傳動位置（zhì）得（dé）不到潤滑。

圖1 數控鏜銑床外觀

二、鏜銑床數控設備係統改造方案

（一）電氣部分的改造方案

1 係統選（xuǎn）型

采用西門子公司的SINUMERIK 840D 數控係統對原機床數控係統進行改（gǎi）造升級。SINUMERIK 840D 的軟（ruǎn）硬件配置應滿足原機床（chuáng）的控製（zhì）功能：X、Y、Z、B 五軸聯動，OP010 機床操作單元，10.4 寸彩（cǎi）色TFT 顯示器，19 寸機床控製麵板，PCU50，NCU571.5，40G硬（yìng）盤，零件程序（xù）內存為 3MB（如圖2）。

圖2 840D係統PLC連（lián）接圖

2 驅動單元

采用西門子611D 全數字交流驅（qū）動裝置，1FK7 交流（liú）伺服電機代替原機床直（zhí）流伺服電機（jī），對伺服係統進行改造升級；主軸保留原直流主軸電機，采用西（xī）門子 6RA70 主軸直流驅動對主軸係統進行改造升（shēng）級。

（二）機（jī）械（xiè）部分改造方案

機械（xiè）部分的改造也是一項十分重要的改造內容；設施改造以後整個機床設（shè）備能（néng）夠順利地得以運行（háng），加工精度能夠得到進一步的保證。需要對機床的導軌、主軸、刀具、工作台等部分進行詳（xiáng）細的方案論證和方案設計；

（三）潤滑和液壓係統改造方案

潤滑係統的改造方案如下：首先是（shì）對原來的導軌潤滑管路進行清洗、修理，采用南京貝奇爾集中式定時定量泵改造機床（chuáng）元潤滑泵；其次是改造液壓箱容積為（wéi）120 升，清洗液壓控製元件及各管路係統的液（yè）壓控製件（jiàn）；再次是更換老化的管路、高壓膠管及接頭。

針對（duì）液壓係統的改造方案（àn）如下：

1. 更換（huàn）電磁閥；

2. 增加單獨的油冷溫控器；

3. 更換氣動部分失效的管路；

4. 修複各軸防護罩，更換各軸刮刷器；

5. 清洗檢修機床的液壓係統、氣動係（xì）統、潤滑係（xì）統，更換老化的油管、油封、及損（sǔn）壞的電磁閥；

6. 檢修旋轉工作台傳動鏈，更換旋轉工作台軸承；

7. 清洗、檢修機床的液壓係（xì）統、潤滑係統、更換老化的油管、油封、及損壞的電磁閥。檢修冷卻係統；

8. 機（jī）械部件組裝、調整各運動軸之間的位（wèi）置精度，達到（dào）出廠標準；

9. 檢修氣動係統，更換損壞的元器件（包括導軌氣浮機構）；

10. 清洗疏通、檢修機床潤滑油路，保證所有潤（rùn）滑點均能潤滑；

11. 機床噴（pēn）漆（qī）翻新。

根據（jù）機床修理改造後主要用於加工使用要求，及機床的結構特（tè）點，為了保證機床在經過（guò）修理改造後能（néng）夠擁有足夠的加工能力和精度（dù）保障，機床的大修在保定的（de）修理（lǐ）基地進行，對機床的（de）機械部分進行大修（xiū），將機床進行分解（jiě）、檢查零部件是否因鏜損（sǔn）需要修理、和換件。

三、鏜銑床數控設備係統改造過程中遇到的問題及解決措施

（一）伺服電機速度不穩

在電氣部分的改造當中，遇到主要的問題就（jiù）是伺服電機（jī）控製速度不穩定。為解決伺服電機速度不穩定的問題，從伺服控（kòng）製參數的（de）調整、反饋單元的檢測和數控指令的給定三個方麵進行了分（fèn）析研究。最終通過仔細的（de）檢修調試，排（pái）除了係統本身指（zhǐ）令輸出（chū），找到造成伺服電機速度不穩定的原因是伺服驅動器的控製參數不合適，結合仿真的的最優波形，最終確立了伺服驅動單元控製的參數，解決了（le）伺服電機速度不（bú）穩定問題。接下來（lái），敘述伺服驅動單元參數調整確定的（de）過程。

一個數控（kòng）伺服係統的參數一般包括機床通用參數、軸相關參數和驅動參數三大部分。一個伺（sì）服控製係統性能的優劣需要這（zhè）些不同功能的參數共同作用，配合默契才能達到最優的（de）控製結果，為得到穩定的伺服電機速度（dù）控製性能（néng），按照實際機床設備的特性和仿真的最優波形對數控係統的係統參數、軸相關參數和伺服驅（qū）動（dòng）器參數進行從新調整分（fèn）析，最終得（dé）到對伺服電機速度穩定控製的（de）最佳性能，是參數調整的最終目的。參數值的調整優化是一種為使整個係統達（dá）到（dào）最佳工作狀態時，實際負載、驅動單元以及伺（sì）服（fú）電機（jī）工作時的最（zuì）佳配合狀態。

（二）工作台抖動（dòng）

在對鏜銑床機（jī）械部分的安裝調試過程中，遇到最大的問題就是工作台前後和左（zuǒ）右方向上運行的抖動。在排除了電氣部分的（de）故障後，首先，對整個工作台運動部分進行（háng）分析。一噸重的工（gōng）作台靠氣浮導軌減小台麵與底（dǐ）座的摩擦，使用滾珠絲杠作（zuò）為傳動機構。在對工作（zuò）台運動部分的檢（jiǎn）修過程中，首先解決絲杠的傳動問題，對絲杠的（de）螺距進行了（le）精確（què）的檢測，發現傳動（dòng）部（bù）分沒有故障，在對工作台氣浮部分的檢修過程中，發現在工作台運動過程中，有部分導軌與底座導軌（guǐ）有接觸摩（mó）擦。氣浮導軌運動過程中不能完全氣體隔（gé）層，導致導軌運動時受到的摩（mó）擦力不均勻是導致，工作台運動過程中抖動的最（zuì）終原因。

圍繞解決導軌運動（dòng）受（shòu）阻力（lì）不均的問題（tí），首先（xiān），對整個氣壓係統的壓力進行了檢測，檢查了每一個關鍵節點的壓力值和空氣壓縮機（jī）的運行狀態（tài），發現壓力係統工（gōng）作正常，最後，在對導軌上（shàng）氣體（tǐ）壓力進（jìn）行檢測時，發現整條氣（qì）浮導軌的壓力值不均。所以，確定（dìng）工作台運動過程中，抖動的原（yuán）因是（shì）氣浮導軌上壓力不均（jun1），導致（zhì）工作台氣浮導軌向上浮起的升力不足，使工作台導（dǎo）軌與底座導軌不能完全脫離（lí），運動時產生不均勻的摩擦力。為解決氣浮導軌壓力（lì）不均的問題，采取對每個氣體管道（dào）進行疏（shū）通，檢修由氣源到氣浮出口裝置之間的係統元件；對失效（xiào）件予以更（gèng）換。氣（qì）浮嘴（zuǐ）部的（de）清理，對氣浮嘴部逐一分解清理與清洗，對（duì）損壞的氣浮嘴進行更換，軸傳動機構修理調整更（gèng）換空氣濾芯和疏通（tōng）每個氣浮導軌氣眼的方法，解決了氣浮壓（yā）力不均，最終解決了工作台運動時抖動的問題。

（三）靜壓主軸（zhóu）運行不

在主（zhǔ）軸運行試驗中，當主軸在高速狀態運轉時，運行不（bú）穩定。為解決靜壓（yā）主軸運行不穩定的問題，首先對（duì）靜壓主軸的工作（zuò）原理進行了分析，主軸旋轉時的支撐點是靠均勻（yún）分布在（zài）主軸周圍（wéi）的液壓係統。所以，首先對主軸周圍的液壓進行壓力檢測。壓力檢測表明，在低速和中速運行時，主軸周圍的液壓壓力穩定且均勻。但是在主軸在高速旋轉時，主軸周圍的壓力檢測顯示（shì）不均勻。這是導致靜壓主軸係統工（gōng）作不穩定的原因。為解決這一問（wèn）題（tí），采取更換所（suǒ）有跟主軸靜壓係統相關的密封件，對所有參與靜壓係統（tǒng）工作的電磁閥的動作（zuò）以及電磁閥進行（háng）疏通。最終，解決了（le）靜壓（yā）主軸高速運行時不穩定的問題。

四、鏜床數控設備（bèi）係統改造（zào）後的效果

由於零件精度的等級（jí）以及相應（yīng）的加工方法，代表著一個設備的加工精度與效率，有著嚴格的標準和加工要求。首先（xiān）得到低精度、中等精度（dù）、高精（jīng）度和特別（bié）精密精度的加（jiā）工方法總結如下表1 所示：

表（biǎo）1 零件精度等級及其相應的加工方法

通過對數控設備係統的改造，使設備不僅在加工精度方麵都有了較大的（de）提高，而且大大提高了設備的智能化水平，節約了人力成，提高了生產效率。減少了加（jiā）工工件道工序次數。改造後的設備，鏜銑床的故障率大（dà）大下降，停（tíng）機次數大大減少，維（wéi）修難度（dù）大大降低，從根上解決了設備生產能力低下的問題。新的智（zhì）能係統和應用（yòng）軟件的應（yīng）用，編程變得更加（jiā）簡單，加（jiā）工複（fù）雜零件的功能大大提高，工序（xù）大大（dà）減少，提升了設備加工複雜（zá）工件的能力。為提升設備的生產效率做出了重要貢獻。

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