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      摘　要：電氣改造工程的硬件設(shè)計工作與機床制造廠新設(shè)備的電器硬件設(shè)計工作有相似之處，也有較大的不同。最主要的不同是體現(xiàn)在設(shè)計電氣原理圖時控制要求來源的不同。新機床的控制要求來自機械結(jié)構(gòu)設(shè)計部門的解釋。容易全面理解。而舊設(shè)備改造，輔以操作者口述的間接途徑，更多的是需要設(shè)計者從舊機床的原理圖及舊機床資料中自己讀出它的控制要求。

      1、　電氣改造工程執(zhí)行前的設(shè)備狀況

   
　　該設(shè)備是武漢江漢石油儀器儀表廠于上世紀九十年代初從德國進口的精密加工機床。為工廠生產(chǎn)服務(wù)已近三十年的時間。由于企業(yè)管理完善，設(shè)備長時間得到保養(yǎng)，設(shè)備及附件的整體性能不錯，完整程度比較高，而且設(shè)備機械部分的精度保持很好。在這些設(shè)備儀器上仍然可以寄加工出高精度的產(chǎn)品零件。但是設(shè)備畢竟時間久遠，且受到空氣等腐蝕該設(shè)備在電氣控制部分上問題較多，有些問題還很嚴重。比如：數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)常不知原因的死機、黑屏。電柜內(nèi)的控制器件因老化經(jīng)常出現(xiàn)故障、機床電纜也老化破損嚴重導(dǎo)致產(chǎn)生誤動作。由于設(shè)備電氣控制部分故障的原因經(jīng)常導(dǎo)致機床加工中斷、或產(chǎn)生不合格產(chǎn)品。再者時間久遠，系統(tǒng)的備件供應(yīng)困難，維修費用不斷增高。設(shè)備經(jīng)常處于停機待維修狀態(tài)。

     2　、設(shè)備電氣改造的可行性探討及數(shù)控系統(tǒng)的選型

　　鑒于該設(shè)備機械部分的良好狀態(tài)，加工工藝范圍也非常適合工廠生產(chǎn)產(chǎn)品的需求。與其將錢花費在不斷增高的電氣備件維修上，不如一次性投入將包括數(shù)控系統(tǒng)在內(nèi)的所有電氣部分更換一新，恢復(fù)機床原有的全部功能。考慮到數(shù)控系統(tǒng)正常的使用周期一般在十年左右，在機械部分正常保養(yǎng)和使用的情況下，改造后設(shè)備在十年內(nèi)將不會有大的維修費用支出。在不用投入很多費用進行機械翻新的前提下，進行或不進行電氣改造的判斷就很容易的被得出了。

　　使用什么品牌的數(shù)控系統(tǒng)及其配套產(chǎn)品來替換原有的產(chǎn)品，我們進行了較長時間的思考。原因有很多方面，首先我們希望使用具有良好穩(wěn)定性的名牌進口數(shù)控系統(tǒng)，因為硬件的可靠性和穩(wěn)定性是第一位的。其次在系統(tǒng)的編程及使用上，要求能與舊的數(shù)控系統(tǒng)在功能上相匹配，如：自動選擇切入、切出封閉輪廓的軌跡編程，擁有在鉆孔方向自動遞減的深孔鉆削循環(huán)，擁有多種組合形狀和加工順序的陣列孔加工等先進功能。其次要與其他配套產(chǎn)品的配套可靠性要好，性能發(fā)揮充分。如：數(shù)控系統(tǒng)同伺服驅(qū)動系統(tǒng)及電機、數(shù)控系統(tǒng)同位置測量系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)與可編程控制器等。最后整體配套費用也應(yīng)是被考慮的因素。綜合幾方面的情況，也有對同樣是德國制造的信任，我們經(jīng)過不斷對比分析，最終選擇了德國海德漢公司生產(chǎn)的TNC 320 數(shù)控系統(tǒng)，該設(shè)備海德漢LS1378C 直線型光柵尺、內(nèi)裝型PLC 可編程控制器及ROD700 角度編碼器。配套日本安川公司生產(chǎn)的CIMR-F7M 系列的主軸驅(qū)動器及電機、安川生產(chǎn)的SGDM系列進給軸伺服放大器及電機。

     3　、電氣改造工程的硬件設(shè)計

　　舊主軸的驅(qū)動使用的是4KW 的雙速控制三相異步電機，用PLC控制的繼電器邏輯進行電機的正/ 反轉(zhuǎn)、平滑啟動、及快慢速控制。主軸換擋使用三個可正/ 反向旋轉(zhuǎn)的直流電機帶動機械撥叉進行齒輪級的切換。配合主軸電機的雙速控制，可實現(xiàn)機床加工主軸40 到4000 轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的21 級固定轉(zhuǎn)速變化。操作控制時操作者需在控制系統(tǒng)上對應(yīng)輸入21 個命令代碼，PLC 控制進行電機的速度選擇及相應(yīng)檔位的切換動作。

　　　由于舊主軸電機故障頻繁，維修費用較高。再者這種輸入21 個命令代碼的操作方式也很繁瑣，不及現(xiàn)在流行的轉(zhuǎn)速直接輸入方式先進。改造時我們首先選用了伺服驅(qū)動主軸電機代替了舊的三相異步電機，提高了控制特性。其次由于機械結(jié)構(gòu)不易改動的原因，齒輪切換的驅(qū)動方式?jīng)]有改變，但由以前的21 級齒輪變換減少到3 級。在各級轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)利用驅(qū)動器的變頻調(diào)速功能實現(xiàn)無級調(diào)速，這樣由以前的21 級速度控制升級到范圍內(nèi)的全速度控制。最后，為了避免這種改動造成主軸扭矩的損失，我們在兩個方面采取了相應(yīng)措施：經(jīng)數(shù)據(jù)測算優(yōu)化3 檔的分級范圍；經(jīng)數(shù)據(jù)測算選用更大功率的主軸電機。保證了主軸扭矩輸出在工作范圍內(nèi)不低于原有的指標(biāo)。

      4、　電氣改造工程的配線施工：

　　首先進行的是舊數(shù)控系統(tǒng)及相關(guān)部分的拆除、舊伺服系統(tǒng)的拆除、電機的拆除、控制元器件的拆除、電柜配電盤的清理、機床外圍電纜電線的拆除等等清理工作。在清理工作的過程中有條件讓我們進一步分析、理解原機床的設(shè)計控制思想，及時修改在設(shè)計階段產(chǎn)生的技術(shù)錯誤。在這之后，開始進行新系統(tǒng)的安裝、電機的安裝、位置檢測器件的安裝、控制元器件的安裝等工作。在中間不斷有需要根據(jù)現(xiàn)場情況，臨時做工藝技術(shù)調(diào)整的狀況。最后，進行新系統(tǒng)各部分的電氣互連。由于電氣改造工程的獨特性，我們的設(shè)計資料不可能像新機床設(shè)計那樣出具非常全面的電氣互聯(lián)圖，也不可能出具機床電氣分部份詳細的接線圖。全部電氣圖紙以能滿足現(xiàn)場施工配線為目的。具體走線等電氣工藝問題需要現(xiàn)場施工人員憑經(jīng)驗解決。

     5　、電氣改造工程的軟件調(diào)試

　　這是整個電氣改造工程最為重要的過程，先前所有的在技術(shù)上的準備，都要在這個階段落到實處。機床參數(shù)要進行精調(diào)，用以配合該機床的機械特性，產(chǎn)生最佳的加工效果。各種原機床可以實現(xiàn)的功能都要一一調(diào)試出來，PLC 程序要進行全面的修改和補充，所有碰到的技術(shù)問題都無法回避，必須依次徹底解決。具體講也可分為幾個階段：

　　（1）將機床調(diào)試成為普通銑床。各進給軸應(yīng)能正常運行，回零、限位保護都可實現(xiàn)，進給軸在各種速度下運行都應(yīng)平穩(wěn)。主軸換擋功能的實現(xiàn)，正/ 反轉(zhuǎn)平穩(wěn)，主軸動態(tài)響應(yīng)參數(shù)要進行優(yōu)化，進給軸的優(yōu)化，主軸的松緊刀控制，液壓系統(tǒng)的起停控制，導(dǎo)軌潤滑的定時控制等等。
 

　（2）在第一步的基礎(chǔ)上進一步將機床調(diào)試成為加工中心機床。實現(xiàn)主軸的定向功能，實現(xiàn)刀庫旋轉(zhuǎn)的回零功能、手動旋轉(zhuǎn)功能、自動尋刀旋轉(zhuǎn)功能、換刀機械手地初始化、換刀機械手的手動分解動作、自動換刀動作的聯(lián)動、與刀庫的換刀點調(diào)整、等等。

　　（3）將機床調(diào)整為全閉環(huán)控制。調(diào)整機床參數(shù)消除運行震動。調(diào)試機床附件、全閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺。調(diào)試機床加工冷卻系統(tǒng)。調(diào)試機床門開關(guān)與保護功能。

     6、　改造完成的驗收和結(jié)果

　　該機床經(jīng)過電氣改造后，經(jīng)過多次試驗順利完成了工廠內(nèi)部的全部驗收工作，機床全部控制功能都已可靠地實現(xiàn)。試驗結(jié)果用事實證明了最終電氣改造工作驗收合格。現(xiàn)在該機床正在加工車間為工廠的產(chǎn)品生產(chǎn)可靠的服務(wù)著。