6652龙门铣的数控化电气改造

黄连杰

摘 要：利用经济型数控系统Sinumerik 802C改造一台已经使用50多年的老设备拓展了加工范围和加工性能，又保证了各项性能的实现。应用802C标准程序架构机床程序，保证了机床语言精练可靠，报警文本编制完全，为车间维修提供了方便。改造完成后，可以实现半精加工。

关键词：6652龙门铣床；802C数控系统；编码器安装

引言

我厂用的6652龙门铣床是一台在用50多年的普通龙门铣，由于该设备长期运行各方面构造磨损严重，故障频繁，如果不进行大修理，机床濒临淘汰。在这个前提下，我们决定将该机床进行机械大修，电气进行数控化改造，用经济型数控系统来拓展机床加工性能和范围，使机床焕发生机。

1 确立改造方案

1.1 总体构想

6652龙门铣原配置有四个主轴，分别为左、右水平铣头以及左、右垂直铣头，在机床一侧有一个传动箱，传动箱靠两个电机驱动，一个是进给电机，中间经过齿轮减速，增大扭矩，一个是快速电机，减速比较小，扭矩增大较少；传动箱输出端连接到左右水平铣头的传动箱，可以通过油压推动齿轮挂档，进行两个水平铣头的进给和快速；传动箱另一个输出端连接光杠，传动到滑板上，通过电磁铁选择，两个垂直铣头可以左右进给或快速；工作台传动也是靠传动箱输出的一根蜗杆带动工作台面的蜗母条来实现的。所以说，机床所有的进给和快速都是靠这两台电机实现的。但是要实现数控，将垂直铣头和工作台进给联动起来，必须要断开传动箱到工作台和滑板的传动，分别加装电机，才能实现数控化控制。

考虑到机床已经使用了50多年，机床已无精度可言，要实现机床改造后半精加工，丝杠、传动等都需要改动，所以，工作台（X轴）、垂直铣头左右运动（Y轴）要改造为电机带减速箱带滚珠丝杠副的结构。这些都是机械的工作，电气要在满足这些要求的前提下设计。

机床改造后要求精度也只需要达到半精加工，所以，在数控系统选择上，我们倾向于用经济型数控系统，采用半闭环控制。因此，我们选择了西门子802C数控系统，在X、Y轴的滚珠丝杠副一端经过减震连接编码器，实现速度反馈；再经过丝杠螺距、传动比的参数设定，实现位置反馈。

为了保证垂直铣头左右运动不受干扰，滑板上只保留一个垂直铣头。机床两个水平铣头在加工某些工件时比较方便，因此决定保留两个水平铣头。

1.2 具体改造方案

802C数控系统是一种模拟量数控系统，可以带三个模拟量进给轴和一个模拟量旋转主轴，针对于该机床，X、Y轴是需要受数控控制的，主轴是交流电机，这里不做调速，保留原机械变速结构，受PLC控制。X、Y轴电机选择了两台西门子老式直流伺服电动机；X、Y轴电机驱动采用KSA23直流调速系统，直流调速系统的使能信号和给定信号由数控系统发出。两个水平铣头依靠原来的两台直流电动机进行驱动，由于两台直流电动机功率接近，只是转数存在差异，为了节约资源，采用一台直流调速系统驱动，通过接触器来切换两台电机。其他功能选择都依靠PLC来实现。由于802C集成的PLC只有48个输入点和16个输出点，输入点够用，但输出点不够用，因此比如油泵的启动、冷却泵的启动和两个水平铣头主轴的旋转等逻辑比较简单的功能只能用继电器-接触器回路来搭建。

1.2.1 数控系统的端口设定

802C数控系统包含CNC控制器和驱动模块、伺服电机等，驱动模块受CNC控制器控制，接收±10V给定，控制伺服电机输出，为模拟量交流控制系统。我们选用了直流调速系统来替代驱动模块，电机采用直流伺服电机，那么，实际上，在整个控制结构中，我们只需要采购802C的CNC控制器即可，因为，该控制器包含了主控制单元、操作单元、OP，并集成了编码器接口、给定使能控制接口、PLC输入输出等，是一套集成化非常高的数控系统。

1.2.2 确定各伺服驱动元件及关键测量元件的选取

根据原来两台电动机的功率和扭矩特性，X轴选用90NM、1500rpm的直流伺服电动机，Y轴选用70NM、1200rpm的直流伺服电动机，X轴安装了一个减速箱和一套螺距为20mm的滚珠丝杠副，可以实现最大进给速度为2700mm/min，满足加工需求；Y轴安装了一个减速箱和一套螺距为10mm的滚珠丝杠副，可以实现最大进给速度2000mm/min。

决定采用半闭环控制，而且，802C的CNC控制器也没有位置环反馈接口，所以，每个轴选用一个编码器安装在丝杠的端头上，保证减震效果，保证编码器轴和丝杠中心在一条线上，即可以实现可靠而精准的位置反馈。

1.2.3 确定PLC的控制点数和控制对象

PLC输入输出集成在了802C base-line CNC控制器中，有48个输入点，16个输出点。由于机床机械结构大面积变动，导致输入输出点不能完全按照原机床进行设计，这里就有很多需要考虑的地方。

改造成数控，那么必须增加两个轴的参考点限位，在802C base-line标准程序库中，有关于两个轴参考点限位的标准程序，但是，规定了其固定的输入点地址。在这里，为了尽量应用其标准程序，简化编程，并使编程语言尽量精练，参考点限位都按照其规定的输入点地址来接线。

802C标准程序库中，集成了润滑、冷却、道具转换、主轴变档控制、进给轴使能、倍率控制、手持单元控制等标准程序，机床设计人员可以根据自己的需要调用这些标准程序，也可以从标准程序中选取自己需要的程序段来调用。

为了方便以后维修中对某些故障的诊断，特意将润滑油箱压力检测、液位检测、直流调速系统准备好信号、各项限位等引入PLC输入端，在程序里写成报警程序，再配以报警文本，直观的显示出故障所在，为操作者发现问题、维修工处理问题提供了方便。

2 报警文本的编制

任何一台数控机床，在诊断方面的优势都是普通机床所无法比拟的，所以，对于这台机床的报警文本的编制，我们也是下了大功夫。PLC程序好编，如何触发一个报警，在PLC里都可以制作，但如果没有报警文本，大家看到的就是“用户报警XX”，对于维修并没有太大的实际意义。

制作报警文本需要使用的软件是802C base-line TOOLBOX里带的一个软件：TextManager，打开该软件后，选择功能菜单里的“PROJ”选项，然后新建一个工程，点击确定后，系统退回主界面，但主标题会更改为新工程的名字。在工程下，选择“OEM”选项，选择语言，在右面就会出现三个文件，分别为：ALC.TXT、ALCU.TXT、ALZ.TXT，其中，ALCU.TXT是用户报警文本，选择该文本，然后点击“edit”键，那么，可以直接在文本编辑器里修改相应的报警文本。

编制完报警文本后，选择“second language”，生成“alcu.sp”文件，然后选择“Make Archive”，此时生成“oem.arc”文件，将此文件传输进802C中，报警文本就会生效。

3 结束语

6652龙门铣改造成功后，精度完全满足要求，由原来单一的铣平面变成了现在可以加工内圆、外圆、弧线等一些复杂的轮廓，得到了车间的认可。报警功能强大，保护齐全，也得到了维修部门的认可。

参考文献

[1]阙彦，等.东德导轨磨床的数控化电气改造[J].机床电器，2009年总第155期.

[2]siemens.802C数控系统维修与调整，1997年版.

[3]siemens.802C base-line简明调试指南，1997年版.endprint