GS30数控车床电气控制系统改造设计

杜微

摘 要：随着我国制造业的发展，对数控车床的要求越来越高，而数控车床的电气系统一般仅能维持10年左右时间的无故障运行，之后故障的发生就会变得频繁，因此为了保证设备的安全稳定运行，就需要对其进行技术上的改造，以便提高系统的生产效率以及生产质量，从而为企业创造更多的经济效益与社会效益。因此，本文就GS30数控车床电气控制系统的改造设计进行了研究。

关键词：GS30数控车床；电气控制系统；改造；设计

近年来，我国的生产制造业迅速发展，数控车床作为生产制造过程中的关键性装备，其运行的安全可靠性至关重要。一般来说，数控车床包括机械与电气两大系统。对于电气系统来说，能够维持5-10年时间的无故障运行，之后故障的发生就会变得频繁，但是，对于机械系统来说，如果维护保养的好可稳定运行20-25年，且在效率、安全性方面仍然保有很高的水平。当前，使用中的大部分数控车床已逐步进入“损耗期”，故障问题频发，且在性能上也已不能满足今天大规模、高精度的生产要求，这就需要对其进行技术上的升级、改造，从而不断提高企业生产效率，创造更多的经济效益与社会效益。

1数控车床电气控制系统概述

1.1 数控车床的工作原理

数控车床在运行过程中，是以被加工器件的设计图以及工艺标准为依据，对数控代码及其相应格式进行程序方面编写的完整过程进行规定，在数控系统中进行加工流程的输入，并对已给出的加工流程及数据信息进行相应的运算、分析，之后将得到的结果传送给控制系统，从而对车床各环节实施控制，使其能够依照规范流程进行稳定的运行，并自动实现标准器件的生产制造。总的来说，数控车床主要用于轴类、盘类回转体零件的加工制造，并实现圆柱面、圆锥面、断面等的加工处理，因此在我国的机械制造行业具有极为广泛的应用，而随着我国经济的高速发展，为不断提高其生产效能，并尽可能的满足当前零件制造方面大规模、高精度的生产要求，必须对其进行技术上的创新升级。

1.2 数控车床电气控制系统电路分析

相对来说，数控车床电气系统的无故障运行时间更短，对精度、可靠性的要求也更高，下面对其控制电路进行分析：（1）对于主轴电动机来说，多使用的是交流变频系统，利用变频器完成设备驱动，其正、反转以及速率等方面则是依靠数控电路进行控制的。（2）对于主轴控制来说，相关的输入信号有M03、M04以及M05，而在操作面板上主要涉及到主轴的正、反转，点动及停止，其中，正转信号为Q0.0，反转为Q0.1，停止为Q0.2。（3）其余相关辅助部分主要包括刀架、冷却泵以及润滑泵等。其中，冷却泵中有关程序的输入信号包括M08及M09；Q0.3是有关冷却控制的输出信号。对于润滑泵来说，主要是由导轨润滑键为其提供输入信号，而输出信号为润滑控制Q06。对于刀架来说，主要是由刀位的检测信号为其提供输入信号，零件相关程序T代码包括I1.0；T1；I1.1；T2；I1.2；T3；I1.3；T4；刀架正转输出信号为Q0.4，反转为Q0.5。

2 GS30数控车床电气控制系统改造设计

2.1改造设计基本原则

本文主要是对GS30数控车床电气控制系统的改造设计进行研究。对于数控车床来说，经过多年的持续运转，不管是在机械层面，还是电气层面都遭受了非常严重的老化或损耗，因此在运行过程中的故障发生率越来越高，甚至出现停机现象，这给系统的安全性、可靠性均带来了严重的隐患，并影响到企业的生产效率以及产品质量。对于GS30数控车床的改造，应充分考虑到系統的机械功能与电气性能，并确保其在总体性能上保持较好的状态。当然，还要从经济与技术两方面进行考虑，在确保系统安全稳定运行，生产效率提高的同时，还应尽可能的降低生产成本，从而能够创造更多的经济效益。本文选用的是SIEMENS 840D数控系统进行电气控制系统的改造设计，如此不但能够保有了原系统的操作习惯，还有效的提高了系统运行的稳定性以及安全性，实现了生产工艺上的创新升级，是一种在技术及经济两方面都比较理想的改造方案。

2.2改造设计方案

（1）总体技术方案

对于数控车床来说，是由机械及电气两个部分构成的，因此在进行技术方案的设计时也要从这两个方面共同考虑，来实现车床各部分性能及实施方案的设计，并以当前运行的数控车床为依据进行分析，对GS30数控车床电气控制系统进行技术上的改造升级。

（2）电气系统部分的改造

本文选用的是840D数控系统进行电气控制系统的改造设计，通过对原有系统的替换，有效的实现了对机床系统的控制。840D在软、硬件上的配置同原系统性能相符，也即是1主轴+5坐标轴，再加上双通道；10.4寸的显示器、全功能CNC键盘以及薄型MCP操作面板；选用的是具备硬盘功能的PUC，可以实现友好的中文人机界面呈现，并具备加工循环、螺补、图形编码及其模拟等各项功能；原来的系统被NCU单元611D驱动+1PH7主轴电机+1FT6伺服电机所取代，因此能够保证各方面参数符合相关要求的规定；对X轴、Z轴、U轴光栅尺以及W轴编码器进行了替换，能够满足性能上的有关要求；对副主轴进行改造，由原先的开环变为半闭环控制，因此能够确保同步轴功能的实现；

（3）机械系统部分的改造

在机械部分，通过对X、Z、U以及W轴的丝杠螺母副的替换，能够实现设备精度上的提升；同时，制作了新操作站，并有效结合CNC面板、键盘等配件。

3改造后的验收

改造完成后，为确认系统性能是否实现了升级，还需要对其进行功能上的验收。验收环节主要是利用各类高精度仪表来对车床的机、电等系统部分以及整体效能进行检测，包括了单项及整体效能、静态及动态效能等，从而对数控机床进行完整的评价。其中，涉及到的验收内容有机床定位、几何以及切削等的测试，以及整体运行的性能检验等方面。具体来说，主要包括：（1）功能方面的检验，对手动以及数控功能进行检验，前一项是利用手动的形式对机床M、S及T功能进行测试，后一项则是利用系统程序对其各个环节的运行情况进行测试；（2）车床精度的检验，主要是基于验收项目以及允差为参考对其精度情况进行测试，使用到的仪表有很多，包括磁力表座、千分表等；（3）定位及重复定位精度的检验，通过激光干涉仪来对X、Z、U及W 轴进行测试，间距设置为50 mm；（4）试切件精度的检验，这一项主要是用来检验系统的整体性能及切割精度；（5）24 h运行的检验，该项主要是用来检验系统的运行稳定性以及可靠性；（6）最后，是对验收资料的汇总及归档。

参考文献：

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[2] 刁世台. 数控机床电气控制系统故障诊断及维护探析[J]. 企业技术开发， 2016， 35（19）：91-93.

[3] 冯娟. 数控机床电气控制系统的设计研究[J]. 科技与创新， 2016（8）：87-87.

作者简介：

杜 微（1983-），男，民族：汉，籍贯（精确到市）：河北省保定市，当前职务：项目经理，当前职称：助理工程师，学历：本科，研究方向：设备电气维修技术。