XK713数控铣床系统的改造

施伯诚

（美光半导体（西安）有限责任公司，西安 710000）

XK713数控铣床系统的改造

施伯诚

（美光半导体（西安）有限责任公司，西安 710000）

研究对象是一台数控系统基本报废、机械系统尚处于可用状态的旧数控铣床，目的是将其改造成为一台功能比较完善、操作简单、精度、效率和自动化程度得到较大提升的实用型机床，并能更好地适应新工艺、新技术，进而探索出一条旧数控铣床改造的新路。

数控 改造 系统

1 改造对象的概况

该XK713数控铣床原产于北京第三机床厂，1999年购置，现已无法使用。经检查，现机床状态如下所述。

1.1 数控系统的状态

（1）系统本身完全损坏，无法启动；

（2）大部分接口老化，规格与市场现有的HNC-21系统无法兼容，失去维修价值；（3）操作面板有1/3左右的按键失灵，信号灯全部损坏；（4）手摇脉冲发生器反应不灵敏，怀疑内部触点存在问题；

（5）CRT显示器损坏，无显示；

（6）DNC无法使用，怀疑其软件丢失。

1.2 控制电柜的状态

（1）Z轴驱动模块损坏不工作，X、Y驱动模块工作不稳定，存在较严重的“丢步"现象；

为更好地反映整合扩展后的业务范畴，巴斯夫将“作物保护”业务部更名为“农业解决方案”业务部。该业务部还成立了新的全球种子及性状业务部门。

（2）主轴变频器工作状态不稳定，怀疑参数丢失或部分模块失效致使其性能下降；

（3）变压器组输出电压波动率≥10%，发热明显（通电测试约30min），继续使用有危险性；

字式交流进给伺服系统替代原X、Y、Z轴步进驱动单元，用光电编码器检测装置替代原感应同步器反馈，选择内装型PLC及其应用程序取代接触器、继电器控制电路，实现开关量和动作量的逻辑控制，提高控制精度和能力。系统总体控制结构如图1所示（只画出一个进给轴）。

图1 C N C控制系统总体结构

（4）8个继电器中，4个不工作，缺少2个HNC-21系统所需的系统控制继电器（新系统需要10～11个）；

1.3 电机与检测装置状态

（1）主轴电机转速偏差太大（理论2500r/min，实际测速为1800r/min），拆卸后发现电机线圈老化，有断相现象。

（2）各轴的进给电机完好，但接口与HNC-21系统不匹配；

（3）电机配置的编码器工作状态不明（因系统损坏无法启动，故无法检测），接口与HNC-21系统不匹配，需要另行制作。

2 改造方案设计

（1）数控系统将原先的简易数控系统、电气控制部分拆除，用国产主流数控系统替代，维修变频器，调整变频器参数适应新的系统。用数字式交流进给伺服系统替代原X、Y、Z轴步进驱动单元，用光电编码器检测装置替代原感应同步器反馈，选择内装型PLC及其应用程序，以取代接触器、继电器控制电路，实现开关量和动作量的逻辑控制，提高控制精度和能力。

（2）电柜重新设计电柜，按照新系统的要求配置、布局，并考虑冷却、除尘、安全保护和维护的方便性等因素。

3 XK713数控系统的选型

由于原有的数控系统已经瘫痪，需要依据机床现有的功能，重新选择一款合适的数控系统。因此，根据比较当前市场上的主流数控的优缺点，结合对本机床功能的要求，对各类数控系统做详细的分析比较。

3.1 数控系统基本性能要求

数控系统的核心是计算机数字控制装置，即CNC装置。改造后，CNC装置的基本性能概括如下。

控制轴数：即CNC最多可以控制多少坐标轴，其中包括移动轴和回转轴。项目要求基本坐标轴是X、Y、Z三个移动轴。

联动轴数：表示CNC可同时控制按一定规律完成相应轨迹插补的协调运动的坐标轴数，项目要求的联动轴数为3个。

插补功能：此次改造要求CNC具有直线、圆弧、抛物线、椭圆、螺旋曲线、样条函数等插补功能，插补坐标系包括直角坐标系和极坐标系。

脉冲当量（分辨率）：一是机床坐标轴可达到的控制精度（CNC每发出一个脉冲，坐标轴所移动的距离），即实际脉冲当量或外部脉冲当量要求≤0.005m；二是内部运算的最小单位，称为内部脉冲当量，要求≤0.003m，以便在运算过程中不损失精度。

进给速度和调节范围：用F指令以每分钟进给距离的形式指定刀具切削速度，要求其中最大进给速度≥2m/min，进给速度调整范围为lO～200，每档间隔10。

主轴转速和调节范围：用S指令以每分钟转数的形式指定的主轴转速，要求其中最大转速≥2500r/rain。

辅助功能（M功能）：辅助功能应包括主轴的起、停、换向、切削液的接通与断开等。M功能的使用分成立即型（在指令的程序段开始动作时立即执行）和段后型（在指令的程序段完成时才起作用）两种。

刀具管理功能和刀具补偿：用T指令来选择刀具的功能。要求CNC能够以“M06+T指令”的格式选择加工时所需要的刀具，并进行刀具的半径和长度补偿。

零件程序管理和编程：CNC中可同时存储的零件程序容量≥4M。

误差补偿功能：按补偿量重新计算刀具的坐标尺寸，从而加工出符合要求的零件。

自动加减速控制：CNC系统用软件实现自动加减速控制，对送到伺服电动机的进给频率或电压进行控制。

通信与通信协议：CNC有RS232C接口，最好配有DNC接口，并设有缓冲区。

自诊断功能：CNC中设置各种诊断程序，故障诊断程序可以包含在系统程序中，从而在系统运行过程中进行诊断；也可以作为服务性程序，在系统运行前或故障停机后进行诊断。

3.2 主流CNC装置性能比较与选型结论

（1）按照上述基本要求，根据目前我国数控机床市场的系统使用情况，初步选择SIEMENS 802D、北京FANUC 0i Mate TB和华中“世纪星”HNC-21铣床系统进行比对，从中选出适合项目需要的系统。

（2）选型结果根据上述三个厂家的CNC装置性能和本项目改造后对CNC装置的性能要求进行选择。同时，由于一直使用华中数控系统，其系统的稳定性及操作的便利性能都较熟悉，再参考系统厂家的服务承诺，依据本机床所需的功能要求，最终选定华中世纪星HNC-21MD铣床数控系统。

采用开放式结构设计控制系统开放式结构有功能强大的人机界面和开发平台。通过这个界面和平台，使用者可以增加一定的硬件和软件，构成满足自己需要的系统，取消不必要的功能；系统的控制功能转化方便，可以根据生产任务的变化及时调整。但是，目前开放式系统成本较高，随着技术突破，未来其成本必然会大幅度降低，在旧数控车床改造中将有广阔的使用前景。

Transformation of XK713 CNC Milling Machine System

SHI Bocheng
(micronsem iconduct or (Xi'an) Co., Ltd, Xi'an 710000)

The research object is a CNC system basically scrapped, mechanical system is still in the old NC milling machine available to transform it into amore perfect function, simple operation, precision, efficiency and autom ation degree has been greatly im proved the practical machine tool, and can better adapt to the new technology, new technology, and explore anew way of an old CNC milling machine transform ation.

numerical control, trans form ation, system