数控机床改造升级Word文档下载推荐.docx
《数控机床改造升级Word文档下载推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数控机床改造升级Word文档下载推荐.docx（26页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
３.４预计机床改造后的效果…………………………………………………
第四章 系统及机械改造可行性分析…………………………………………
４.１电气方面改造分析…………………………………………………………
４.１.１数控系统的选择………………………………………………………
４.１.２伺服系统的选择………………………………………………………
第五章改造实施方案……………………………………………………………
５.１电气部分实施步骤…………………………………………………………
５.２程序传输安装修改…………………………………………………………
第六章现场调试………………………………………………………………
６.１程序的修改…………………………………………………………………
６.２CLM主要参数变量的调整…………………………………………………
第七章注意事项………………………………………………………………
致谢……………………………………………………………………………
参考文献…………………………………………………………………………
附录………………………………………………………………………………
第1章绪论
1.1数控简介与特点
数控系统是数字控制系统简称，英文名称为NumericalControlSystem，早期是由硬件电路构成的称为硬件数控（HardNC），1970年代以后，硬件电路元件逐步由专用的计算机代替称为计算机数控系统。
数控系统是数字控制系统的简称，英文名称为（NumericalControlSystem），早期是由硬件电路构成，称为硬件数控（HardNC），1970年代以后，硬件电路元件逐步由专用的计算机代替称为计算机数控系统。
计算机数控（ComputerizedNumericalControl，简称CNC）系统是用计算机控制加工功能，实现数值控制的系统。
CNC系统根据计算机存储器中存储的控制程序，执行部分或全部数值控制功能，并配有接口电路和伺服驱动装置的专用计算机系统。
通过利用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制，它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和开关量。
社会经济与科学技术的发展与竞争，使机械产品日趋精密、复杂，而产品的生命周期越来越短，改型频繁。
这不仅对机床设备提出了精度与效率的要求，也提出了通用性与灵活性的要求。
特别是航空、造船、武器、汽车制造等工业部门，所加工的零件具有精度高、形状复杂、经常变动的特点。
普通机床已经不能满足劳动强度大、生产效率高，精度要求高的要求。
甚至有些零件根本无法加工。
然而数控机床能较好的解决复杂、精密、多变的零件加工问题，它是一种灵活、高效的自动化机床。
数控机床以其精度高、效率高、能适应小批量和大批量复杂零件的加工等特点，在机械加工中得到日益广泛的应用。
概括起来数控机床有以下几个方面的优点：
1.提高加工精度，2.提高生产效率，3.减轻了劳动强度，4.有利于生产管理，5.有利于向高级计算机控制与管理方面发展。
但数控机床的价格十分昂贵、结构复杂，所用的元件繁多、原理复杂、结构紧密，因而容易出现故障。
于是对数控系统提出了稳定性、可靠性的要求。
对于生产企业来说要使设备达到良好的使用效果，获得高的经济效益。
就必须全面了解机床的性能、特点和加工工艺。
整个数控系统由三大部分组成，即控制系统，伺服系统和位置测量系统。
控制系统按加工工件程序进行插补运算，发出控制指令到伺服驱动系统；
伺服驱动系统将控制指令放大，由伺服电机驱动机械按要求运动；
测量系统检测机械的运动位置或速度，并反馈到控制系统，来修正控制指令。
这三部分有机结合，组成完整的闭环控制的数控系统。
控制系统主要由总线、CPU、电源、存贮器、操作面板和显示屏、位控单元、可编程序控制器逻辑控制单元以及数据输入/输出接口等组成。
最新一代的数控系统还包括一个通讯单元，它可完成CNC、PLC的内部数据通讯和外部高次网络的连接。
伺服驱动系统主要包括伺服驱动装置和电机。
位置测量系统主要是采用长光栅或圆光栅的增量式位移编码器。
1.2、按伺服系统分类
按照伺服系统的控制方式，可以把数控系统分为以下几类：
（1）开环控制数控系统
这类数控系统不带检测装置，也无反馈电路，以步进电动机为驱动元件，如图3所示。
CNC装置输出的指令进给脉冲经驱动电路进行功率放大，转换为控制步进电动机各定子绕组依此通电／断电的电流脉冲信号，驱动步进电动机转动，再经机床传动机构（齿轮箱，丝杠等）带动工作台移动。
这种方式控制简单，价格比较低廉，被广泛应用于经济型数控系统中。
（2）半闭环控制数控系统
位置检测元件被安装在电动机轴端或丝杠轴端，通过角位移的测量间接计算出机床工作台的实际运行位置（直线位移），并将其与CNC装置计算出的指令位置（或位移）相比较，用差值进行控制，其控制框图如图4所示。
由于闭环的环路内不包括丝杠、螺母副及机床工作台这些大惯性环节，由这些环节造成的误差不能由环路所矫正，其控制精度不如闭环控制数控系统，但其调试方便，可以获得比较稳定的控制特性，因此在实际应用中，这种方式被广泛采用。
（3）全闭环控制数控系统
位置检测装置安装在机床工作台上，用以检测机床工作台的实际运行位置（直线位移），并将其与CNC装置计算出的指令位置（或位移）相比较，用差值进行控制。
这类控制方式的位置控制精度很高，但由于它将丝杠、螺母副及机床工作台这些大惯性环节放在闭环内，调试时，其系统稳定状态很难达到。
1.3机床改造的意义
随着现代机床加工提高生产能力、提高机床性能、精度的提高、零件更改工艺尺寸、更换品种的日益频繁，很多机床在实际运用中按照最初设计的加工能力已经不能满足后期现场加工的需求。
一般机床的使用寿命在20年以上，考虑到费用的开支，一般生产企业不可能重新设计机床来迎合现阶段生产的需求。
为了减少费用的支出，以最小的投入来满足生产的需要。
生产企业必然会选择以机床改造的形式来提高产能和加工工艺的要求。
我们公司就是本着提高机床生产能力，减少机床投入的成本的方针。
提出机床改造能靠自己力量解决的就不用找其他的技术单位来改造的计划。
通过本公司的维修队伍自主的对机床的大修改造的形式，不仅能全面提高维修队伍的业务水平和实际操作能力，还大大减少了在机床上的维修费用的投入。
第二章XF1072-01工位介绍
XF1072是对MA变速箱离合器壳体进行加工的一条直链式自动线，该设备采用INTRAMATCLM1.3型简易数控系统进行轴的运动控制，驱动采用TDM系列，电机采用MAC系列，PLC采用TE47系列。
图2.1XF1072-01工位整体图
２.１XF1072-01工位机床主要参数
Z轴电机MAC参数
最大转速4000min
静止扭矩6.60Nm
最大扭矩9.90Nm
额定电流15.3A
峰值电流24.8A
主轴电机2AD参数
功率范围：
3.5kw-93kw。
扭矩范围：
22Nm-592Nm。
最高速度：
1500rpm（恒扭矩）/9000rpm（恒功率）。
应用：
执行驱动任务的主轴/伺服电机。
２.２XF1072-01工位机床系统构成
第三章XF1072-01工位的改造计划
3.1XF1072-01工位数控机床所存在的问题
数控机床在我厂得到广泛的应用，由于设备已经到了一定的使用周期，暴露出了很多的问题。
我把我厂表现最为突出的设备XF1072-01工位数控机床作为我这次毕业论文的研究对象。
本次改造，涉及的面比较广。
由于公司的生产任务比较紧，机床长期带病作业问题比较突出，很多大的问题一时半会不能完全解决。
所以把这么一堆的问题定在一个时间段内同时完成以减少机床停机带来的损失。
这给我们的改造工作提出了很大的考验。
这台设备主要问题表现在以下几个方面：
A厂家方面：
目前官方已经发出通知:
INDRAMAT系列产品于2011年底彻底淘汰，官方终止技术支持服务。
B系统、驱动方面：
XF1072采用INTRAMATCLM1.3型简易数控系统进行轴的运动控制，驱动采用TDM系列，电机采用MAC系列，目前该数控系统已淘汰，数控、驱动、伺服电机、备件已停产，备件采购困难,或者在德国停产,或者采购成本高昂。
为了维持车间的正常生产，必须对该系统进行改造。
C备件方面：
由于备件供应不足，系统硬件故障时，只能对器件进行临时外委修理，待器件修复后再装机恢复生产，这不仅增加了故障停机时间，也给设备本身造成了很大的不确定性，一旦损坏器件无法修复，将造成设备长时间瘫痪。
因为备件不全，有很多故障的判断比较困难，系统故障因为没有备件更换，只能对故障点进行猜测或估计，错误的判断会使修理时间大量的增加。
3.2改造方案
1、元件选型
将XF1072-01工位INTRAMATCLM1.3型简易数控系统升级为CLM1.4，驱动系统由原来的TDM系列升级为INTRAMAT系列，电机由MAC系列升级为INTRAMAT系列，主轴电机及驱动进行相应升级。
2、升级改造范围和内容
1.由于设备使用的INTRAMATCLM1.3型简易数控系统厂家已不生产，且故障率较高，更新升级为CLM1.4数控系统。
2.由于设备使用的TDM系列驱动系统和MAC系列伺服电机已淘汰，很难购买到备件，且故障率较高，更新升级为INTRADRIVE系列驱动系统和INTRAMSK系列伺服电机。
根据原配置选择适当的滤波模块，驱动电源模块和驱动功率模块，并更换伺服电机的动力电缆，速度反馈电缆及位置反馈电缆。
3.更换INTRAMATCLM1.4数控系统，INTRADRIVE系列驱动系统的控制电缆，走线合理美观。
控制线套线号机打印线号，清晰醒目，方便今后维修。
4.根据原INTRAMATCLM1.3型数控的程序，转换为INTRAMATCLM1.4型数控的程序可以接受的条件，并上传上去。
5.改造后的CLM1.4数控系统及INTRADRIVE伺服系统上电后，根据工艺要求，调试系统程序，重新配置驱动参数，直至满足生产要求。
改造后的设备仍保持原设备的加工工艺过程和节拍。
6.改造后，提供CLM1.4数控系统及INTRADRIVE伺服系统的接线图，CLM程序，元器件清单。
7.改造清单如下：
序号
名称
规格型号
单位
数量
备注
1
CLM
CLM01.4-N-E-4-B-FW
块
2
固化软件
FWA-CLM1.4-LA1-01VRS-MS
3
主轴电机
MAD100D-0150-SA-S2-AP0-05-N1
台
4
主轴驱动
HCS03.1E-W0100
5
伺服电机
MSK061C-0600-NN-S1-UP0-NNNN
6
伺服驱动
HCS02.1E-W0054
7
滤波器
NFD03.1-480-030
2
8
动力电缆
RKL4303/010.0
根
9
RKL4303/020.0
10
IKG4215/010.0
11
IKG4215/020.0
12
编码器电缆
RKG4200/010.0
13
RKG4200/020.0
3.3这次改造所要达到的目的和效果
以最少的开支解决上述所有问题，并能保证通过这次改造，大大提高设备的稳定性，减少设备故障率。
具有充分的柔性，只需编制零件程序就能加工零件。
在切削速度和进给行程的范围内均可保持精度，且一致性好。
生产节拍加快。
易于调整机床，与普通机床相比，所需调整时间较少。
更大程度的保障设备和人员的安全。
3.3制定科学的改造流程
这次改造，由于牵扯到系统的改动，必须做到认真、细致。
稍有不慎，就可能造成不可挽回的损失。
所以在改造之前必须对原有系统程序进行备份，对改动较多却复杂的电器部分在改造前必须对照原图纸重新核对，确保万无一失。
保证在万一改造失败后能够恢复机床原来的状态而不至于影响到生产工作的停歇。
所以对这次改造作了如下图（图3.1）的流程安排：
图3.1
3.4预计机床改造后使用效果
机床的整体性能得到质的提高，满足生产的需求，能生产出合格的产品提高产品的生产质量并且能适当的提高设备的加工节拍。
大大降低设备的故障率，提升设备利用率与生产效率。
解决原系统数控部分维修费用过高的问题，减轻工厂备件的压力。
提高设备的使用寿命，提高了设备的安全性能，在机床出现异常情况能够及时处理，保证机床的安全或者在人员出现意外时能够及时的切断设备驱动电源，保障人身和设备的安全。
改造前
改造后
可行性
数控系统
CLM1.3
CLM1.4
正常的硬件升级
程序参数通用
Z轴电机
MAC071C
MSK061C-0600
前者工作扭矩6.6NM
增量编码器、不带刹车
后者工作扭矩38NM
绝对值编码器、不带刹车
2AD101-D
MSD100D-0150
前者工作扭矩60NM
最高转速9000RPM
后者工作扭矩64NM
Z轴驱动
TDM1.2-50-050
前者最大工作电流50A
后者最大工作电流54A
TDA1.3-100
HCS3.1E-W0100
前者最大工作电流100A
后者最大工作电流100A
第四章系统及机械改造可行性分析
4.1.1电气方面改造分析
数控系统可以看成数控机床的心脏和大脑，它控制着机床的灵魂。
要进行数控系统的改造首先必须保证机床的绝对安全。
考虑到XF1072-01工位机床数控系统采用的是博世力士乐公司的CLM1.3数控系统，加上现场维修人员对NUM的数控系统比较熟悉，把CLM1.3数控系统改造成CLM1.4数控系统的成本比较低，改造起来又相对容易一些。
所以直接把CLM1.3改造成CLM1.4数控系统。
CLM1.4数控系统在我公司使用非常普遍，备件已经不是问题，它有非常完备的故障诊断系统，查找故障也是非常的容易。
并且它给用户提供了开放的二次开发的平台。
与之配套使用的INTRADRIVE伺服系统又是博世力士乐公司做的最为成功的伺服系统，从我们公司的使用情况来看它的故障率特别的低，几乎上还没有出现什么大的问题。
改造后以前使用的电机还能够继续使用，并且与之匹配的电机型号也非常的多，这给后期的备件替换提供很大的方便。
这次改造特别要值得注意的问题是，在准备工作中一定要把原机床的程序备份下来，预防万一改造失败可以恢复到原来的状态。
再者，clm1.4本身和INTRADRIVE是完全兼容的，改造后可以直接把原来的程序传到新系统中，对一些参数做必要的修改就可以进行调试工作了。
剩下的问题就是对机床原来的电气控制部分的线路重新部线标号，这应该不是什么大问题关键就是细心。
还有就是机床程序的优化包括NC和PLC的优化这些都留在调试的时候完成。
对于安全方面的考虑，我认为在机床的活动部位托盘上加装一个急停开关，出现异常操作工可以及时拍下急停开关。
在工作门上加装门关闭检测开关，使机床在自动加工时门开关没有信号暂停加工，防止出现危险。
4.1.2数控系统的选择
数控系统是数控机床的中枢，是其中最关键的环节。
目前，市场上数控系统的类型较多，选择时要保证能购得最适合的系统，就必须要充分考虑改造中各方面的因素。
经过考虑，本次改造选择了德国的CLM1.4数控系统。
CLM1.4数控系统是博世力士乐于开发出的一种独特的,多任务控制的运动控制全新数控系统，是紧凑且功能完善的32位数控系统，适合多种特殊的,非标准的控制对象。
它特别适合于2～4轴的数控机床。
其具体的技术特点如下。
1.CLM1.4是一个高集成的闭环控制系统，有稳定的控制特性。
2.完全的串行通讯的能力，可以和pc连接传输/修改程序和参数。
3.连续的诊断监控，可以随时监控设备运行。
4.多任务控制，可以进行二个Task处理轴运动和与轴运动相关的逻辑动作,另一个专门处理逻辑动作。
•5.灵活的编程指。
程序有6个运动指令、26个运动支持指令、12个分支指令、7个转跳指令；
控制有7个输入/输出指令、4个计数/延时指令、4个其他指令。
•
图4.1CLM1.4数控系统
CLM1.4所需硬件清单列表
序号
型号
CLM1.4CNC系统
软件型号：
LA1-03V06
2.1 硬件结构
（1）采用CISC（超大规模集成电路）技术的GSP主板。
（2）主板上连接可插接（分离的）小模板。
由于考虑到数控系统和系统外部的联系，CLM1.4把和外界联系的功能模块制造成可插接小模块，便于用户将来的维护。
具体分为：
轴模块、显示模块和通讯模块。
（3）CLM1.4采用+24VDC为其电源输入。
由于数控系统是弱电电路，采用+24VDC为电源输入，可以大大降低其热源和不稳定因素的影响。
用户可以把+24VDC稳压电源放在电气柜内，大大提高了整个数控系统的可靠性。
（4）PLC功能的内部集成。
PLC功能的内部集成化，提高了PLC和CNC的内部通讯能力，增强了数控机床的逻辑控制。
（5）PLC的32输入和24输出模块。
CLM1.4的32输入和32输出模块可以和外围的电路相连接。
而这种模块通过博世力士乐提供的电缆和CLM数控系统连接，提高了整个机床的可靠性。
2.2 软件功能特点
2.2.1 CNC功能
（1）该系统软件具有开放性和友好界面。
（2）相对位置/绝对位置/连续运动,非常精确的记录标记输入
（3）强大的通讯功能（RS232/RS485）。
其边加工边传输功能，提高了计算机的CAD/CAM程序的加工能力。
（4）强大的网络功能。
网络接口的预留，为用户的网络连接提供选择：
如Interbu、Profibu、DeviceNet。
图4.2CLM1.4数控系统CNC与外部的联系
4.1.2伺服系统的选择
伺服系统是数控机床的重要组成部分它即使数控系统CNC系统与刀具、主轴间的信息传递环节，有时能量放大与传递的环节。
它的性能在很大程度上决定了数控机床的性能。
数控机床的进给伺服系统由伺服驱动电路、伺服驱动装置、机械传动机构及执行部件组成。
它的作用是：
接收数控系统发出的进给速度和位置指令信号，由伺服驱动电路做转换和放大后，经伺服驱动装置（直流、交流伺服电机，功率步进电机、电液脉冲马达等）和机械传动机构，驱动机床的工作台、主轴头架等执行部件实现工作进
升级会员 