工程师论文DKZ6300立车数控化改造方案

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摘要：针对普通立式车床的不足之处，在保留右刀架机械结构和操作功能不变的基础上，对DKZ6300立式车床的左刀架进给系统进行了数控化改造。左刀架采用滚珠丝杠、伺服电机和一级齿轮减速，并利用SINUMERIK 802D数控系统的半闭环控制实现左刀架的X轴和Z轴联动控制，机

　　本篇工程师论文阐述DKZ6300立车数控化改造方案。《机械设计与制造》(月刊)杂志于1963年创办，曾用刊名：(辽宁机械)，系国家核心期刊、科技论文统计用刊，国内外公开发行。每期发行量2万余份，读者人数超过十万人。三十余年来多次受到国家机械部、中国机械工程学会、新闻出版局、科委等主管部门的表奖，是我国机械行业最有影响的专业刊物之一。为把国内外机电行业不断涌现出的新产品，新技术以及更多的优质、名牌机电产品及时地向国内外广泛宣传。

　　针对普通立式车床的不足之处，在保留右刀架机械结构和操作功能不变的基础上，对DKZ6300立式车床的左刀架进给系统进行了数控化改造。左刀架采用滚珠丝杠、伺服电机和一级齿轮减速，并利用SINUMERIK 802D数控系统的半闭环控制实现左刀架的X轴和Z轴联动控制，机床改造后，大大扩大了机床的加工范围，同时提高了生产效率和加工精度。本文简要介绍立式车床的数控化改造过程及802D数控系统的安装调试和部分功能说明。

　　关键词：立车数控化改造;数控系统802D;直流调速装置 6RA70

　　1 改造前机床概况

　　DKZ6300为某机械厂上世纪七十年代初期从德国引进的立式超重型车床。该机床承担着重要的任务，但是近几年来，故障频繁不断。该机床原为普通机床，无法完成复杂曲面的加工，刀架垂直和水平快速移动由普通三项交流电机驱动，进刀时通过机械连接，由工作台转动带动各轴同步运动，进刀量与工作台转速成正比，进刀减速箱复杂，档位多，传动间隙大，故障率高。工作台拖动采用了电机扩大机——直流发电机——直流电动机的三联机组方式，造成故障率高，体积大、电耗大、效率低、技术落后。根据实际情况进行了仔细讨论和分析，决定对该机床进行大修改造并增加数控系统。

　　2 改造方案及内容

　　DKZ6300立车的结构为双柱龙门式，两个刀架附于横梁，工作台由三联机组拖动(55KW)。由于电气元件老化，刀架机械精度下降，决定将其中一个刀架改为数控刀架，工作台拖动电机用直流调速装置控制，重新制作电气控制柜，更换所有元器件。为实现铣削和磨削加工目的，在数控刀架上安装可拆卸的电主轴铣头和磨头，用变频器调速。

　　经过反复的比较，我们选择了802D数控系统。该系统具有免维护，其核心部件PCU 将CNC、PLC、人机界面和通讯等功能集成于一体，可靠性高、易于安装等优点，在改造过程中，驱动装置采用西门子系统配套的标准配置，以达到最佳的系统性能，保证机床改造后运行的稳定性和可靠性，且便于日后的维护。原主轴电机为三联机组驱动直流电机，改造后去掉电机扩大机、直流发电机，直流电机直接由西门子6RA70直流调速装置驱动，主轴速度给定由数控系统提供，根据主轴编程速度指令S由MCPA自动转化为模拟电压，由指令M3、M4控制主轴旋转方向。

　　铣头和磨头为新增加的部件，铣头功率为7.5KW，磨头功率为5.5KW，按传统设计需用两台变频器，成本高，且占用电柜空间大，因铣头和磨头不会同时使用，经过研究比对，西门子MM440变频器可通过参数切换控制两台规格参数不同的变频电机，经调试完全能满足技术要求，节约了成本。

　　3 调试过程简述

　　3.1 拓扑驱动器

　　802D为简化驱动器调试，专门设计了驱动调试向导，通过调试向导，可轻松实现驱动的调试。

　　3.2 PLC模块匹配及使用

　　PP72/48 上标有“POWER” 和“EXCHANGE” 的两个绿灯亮 – 表示PP72/48 模块就绪，且有总线数据交换。如无法检测到硬件地址，则可能是接线错误，电源和地没接全，1如不接0V，输入点无法检测到，47、48、49、50如不接 24V，输出无法带动继电器。

　　PLC程序需要处理相关轴信号：V380*0001.5(测量系统1)、V380*0002.1(伺服使能)、V380*4001.7(脉冲使能)，三个轴信号必须为1，轴才能运行。

　　3.3 系统初始化

　　在802D的工具盒中提供了车床、铣床等的初始化文件。初始化的方法是利用工具软件RCS 802 或CF 卡将所需的初始化文件传入802D系统。从WINDOWS 的“开始”中找到通讯工具软件RCS 802，启动并建立在线连接;找到初始化文件，在“Control 802D” 中选择“Start-up archive (NC/PLC)”，复制并粘贴该文件;NC 断电、上电后初始化文件生效。

　　3.4 直流调速装置6RA70调试

　　调试前需进行参数的总清(恢复到出厂缺省值)，初始化完成后方可进行参数调试。

　　参数分为设定参数和监控参数，分别实现设备运行功能定义以及运行状态监控。可根据设备调试说明书中的介绍顺序调试。例如：实际速度检测数据设定，使用模拟测速机，P083 = 1速度实际值由“主实际值”通道(K0013)提供，P741=55V 最高转速时的测速机电压。

　　为了得到更优的运行曲线，达到更好的控制精度，当设备初步调试能够运行后，还需要对各轴进行优化。驱动装置必须在运行状态o7.0 或o7.1 (停机!)拆除给定信号4-5;分别设置参数P51=25、P51=26、P51=27，P143=1500，P081=1优化运行后，设置 P169=0、P170=1、P51=28;按下“P”键，系统处于等待优化状态显示—070;接通37号端子，驱动装置运行在07.0或07.1状态; 接通38号端子，优化开始，显示O70—2 3 4，按下“P”键后，如果在30S之内不接通38号端子，系统报F052故障，需重新优化。

　　4 结论

　　数控改造后DKZ6300立式车床左刀架的重复定位精度、定位精度、精车外圆精度、端面平行度等机床的技术性能参数均得到了提升。机床改造后，可加工内外球面和各种流线型回转面等，定位精度和加工精度要好于机床改造前，自动化程度大大提高，确保了设备高精度、高性能、高效率地满足各种加工的需要。

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