MC1600的数控化电气改造

本文主要研究内容

随着数控技术在应用领域的日益增长，先进的制造技术也逐渐成熟， 旧机床的改造可以很好地满足加工的需要，并大大减少了成本的投入。需要以数控化方式对机床进行改造，主要是基于普通机床发展配置适合的数控体系，而且要结合机床的关键组成，例如机械组成、电气组成等等进行相应的调整，让其具备数控零件加工的能力。其后，要对数控加工机床安装测试，对数控加工的可靠与稳定状况进行验证。从而保证数控改造后产品的精度和质量，提高生产效率。本文主要是在原有机床的基础上，选择合适的数控系统。电气部分和进给系统部分采用数控改造。进行了许多数控系统的对照，选定了较适合该加公中心的数控系统。电气部分主要设计了硬件的连接、伺服系统的选择和电路的设计，以及主电路和控制电路的设计。现在普通机床仍使用于第一线的生产，但在最近几年，国家逐渐加大了对机床数控化改造政策的力度，而许多机床具备着改造的价值，完全可以改造后使用，本文主要是对MC1600进行数控化改造，改造后，它可以有大部分的数控机床的功能。

电气改造设计

硬件的连接
图2是电气改造中硬件部分的连接。

图2硬件连接
伺服系统的选择
伺服系统的性能是否可靠，将直接影响机床运动部件控制指令的执行，从而直接影响整个加工中心的性能。但伺服系统的价格与其性能成正比，因此不能盲目追求高性能。选择合适的交流伺服系统，并结合实际情况和总体需求，注意其性价比。考虑到上述要求，X、B、Z轴采用1ft6108交流伺服电机，转矩M=58nm，转速n=2000rpm；Y轴选择1ft6108型号的交流伺服电机（涵盖了制动器），转矩要求MD=58nm，转速要求n=2000rpm，B以及W轴选择1ft6108交流伺服电机，扭矩要求MD=41.5nm，转速要求n=2000pm；主轴选择1ph7交流伺服电机，功率达到12KW，转速达到n=1500-6000rpm。
位置反馈设备是由线性光栅以及增量式光电编码器来构成的。直线光栅的栅距采用Z、y、C直线轴的位置反馈设备，而其他的旋转轴B、主轴C的位置反馈设备是选择6fx2001-3gc50编码器，其中速度反馈设备是借助交流伺服设备内部集成增量式手段，而形成的光电编码器。
伺服的连接
MC1600加工中心共有7个伺服轴，包括一个主轴。该系统能很好地实现X、y、Z、B轴联动。840D、611D与外围设备之间的连接如图3所示。NCU所需的24V工作电压由电源模块提供，611D驱动轴模块也可提供600V直流母线电压。电源模块上的x351端口可以通过NCU模块上的x172端口和每个驱动模块上的x151端口连接每个模块的系统数据的控制总线。NCU上的X130端口是电动机中611D驱动器的输入和输出扩展端口。扁平电缆将驱动总线连接到每个驱动模块，以控制每个伺服电机。NCU上的X101端口可以通过MPI电缆与NCU相连，X101端口与PLC的im361接口模块相连，x121端口与手轮相连。

图3伺服连接

PLC选型及应用

3.1 PLC选型
PLC借助的是S7-300系列。其实，在加工中心，840D数控系统的S7-300是配备了CPU，布置在840D上，一方面能一直控制机床各坐标轴的位置信息，另一方面还可控制主轴以及刀库的启停在内的辅助动作的流程，换刀机械手以及工作台托盘交换，还有冷却润滑。
3.2 PLC硬件的基本组成
西门子S7-300是种具备模块化性质的中小型PLC系统，它的每个模块都是独立出现在系统中的，其中每个设备都能借助u总线牢牢固定在正常导轨上，从而进行组合。它的结构是由CPU以及信号模块SM，还有接口模块IM在内的部分组成。
3.3 S7-300模块
MPI是多点接口（是英文词组multi-point interface）的简写，是西门子保障plc之间的通信而研制的保密协议。这种MPI通信手段，是适用于通信速率一般、以及通信数据量小的环境下，所以它操作起来比较容易简单，同时成本低。MPI通信可选择PLC S7-200/300/400以及操作面板TP/OP，还有上位机MPI/PROFIBUS通信卡，具体应用的例子是借助CP5512/CP5611/cp5613实现数据交换效果。MPI网络的通信速率最低是19.2kbps，最高是12mbps。它能在原来基础上，最多连接32个节点，另外，它的极限通信长度是50米，同时可借助中继器手段进行扩展。

图9 S7-300模块图
顺序控制的信息大部分借助I/O域实现控制，一般涵盖了主轴驱动以及进给伺服驱动控制，还有应对机床报警的问题。因为西门子840D系统内部借助了PLC的CPU芯片，所以借助IM361，从而实现PLC与系统二者的通信功能，

图10 PLC模型

系统的调试与运行

1、数控系统安装结束后，在送电时需预先观察这些部分连接是否错误，比如840D模块还有电气元件的接线，以及I/O域在内的连接方式。借助电源相序表的方法，要观察并确定数据输入系统电源相序的准确性，要一致、正确才行。在这基础上，再运转电源，不然的话会发生损坏机器，或者无法进行其他环节的问题。
2、通电后，要仔细观察确保机床主电源，以及数控电源指示灯，还有冷却风扇转动方向的准确性，同时，还要观察润滑油、液压油指示灯压力状况，一定要在正常范围内才行，在这基础上，要做好严格测量数控以及伺服驱动单元的一次还有二次电压的工作。如发现问题，一定得进一步检查，同时停止正常工作。
3、840D软件下载。要认真检查系统设备，并打开NCU模块上的开关S3，然后做好NCK控制移动工作，在这基础上，模块中所需的系统软件会自动由PCMCIA显示到特定的存储范围，等NCU面板上的LED出现了6，再调整S3到0，然后做上电复位工作。
NCU模块借助NCU上的RS485串行口，把PLC程序下载并保存到PLC系统中。接着删掉PLC数据，从而进行PLC程序设计工作，以及促进S7-300组态系统所有功能的恢复。
伺服轴的参数输入以及调试，点击op031上的机械参数屏，填写机械轴以及通道轴的名称，然后点击驱动配置参数屏，根据需要，采用一定伺服模块以及电机型号，接着做通电复位工作。
PLC程序进行调试主要功能是实现主轴系统自动换档，以及自动换刀，还有工作台自动数据交换在内的功能。

总结与展望

本文在调研和数据分析后对MC1600加工中心进行了数控化的改造，对数控系统，电气部分，进给系统以及PLC进行了数控化的设计。这个毕业设计也让我对数控化改造有了更深刻的认识。只需对原机床相比于购进新的数控机床而言，较少的改造成本。就能使该机床提升几倍的生产效率及稳定性。
经过改造，机床在以下几个方面都有了很大的改进：
它可以生产不能用传统机床加工的复杂零件。
(2)可实现企业加工自动化，效率比原机床提高3-7倍左右。
(3)加工零件的精度可以更高，使装配更容易。
现阶段，由于国内市场机床改造需求越来越多，机床改造最终发展为一个产业。其中，国防科工委也初步研发了机床数控程序，在这一定程度上，刺激了机床改造需求。