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进口卧式加工中心CINCINNATI l 0HC数控系统的改造

CINCINNATI l 0HC是我校机械工程学院实验室80年代末进口的卧式加工中心，原配该公司ACRAMATIC 900MC数控系统，直流伺服驱动；其加工范围X轴 1000mm、Y轴 1000mm、Z轴 800mm，并带有￠800mm分度工作台，转盘型刀库的容量为3把刀，属大中型加工中心。由于进口时间较早，电气控制单元集成度低，近几年系统经常出现故障，最终由于缺乏备件，导致机床不能使用。

首先对机床进行了全面测试，发现机床的伺服系统、液压系统尚可使用，机械部件仍然保持较高的精度，但计算机控制系统及部分接口单元已经损坏。在考虑价格和恢复原有机床的各种控制功能的前提下，决定选配西门子810M系统实现四轴控制三轴联动，保留原有的机械、液压系统和伺服驱动装置，采用增量式编码器代替原有的直线感应同步器作为位置反馈元件，采用西门子内装PLC控制机床的I／O点，提高接口的可靠性。

原机床采用感应同步器作为位置反馈元件进行闭环反馈，而西门子810M系统基本配置只能处理编码器的反馈信号，需增加转换模块才能处理感应同步器的输出信号。考虑到转换模块价格较高，而原机床的精度不太高（定位精度为0．02mm），数控系统补偿单元有1000个之多，因此确定，增加脉冲编码器与伺服电动机轴端直接相联，实现位置的半闭环反馈控制。这样也可使整个系统调整容易，运行更加稳定。这里选用双轴端编码器实现与电动机轴和测速发电机相联接，分别构成速度及位置反馈。并且，利用数控系统提供的众多的补偿单元，进行正、反向丝杠螺距补偿和间隙补偿，达到原有的机床精度。

采用西门子内装PLC完成对机床限位开关、液压系统、冷却系统、主轴换刀、刀库管理、主轴和进给倍率以及操作面板等控制操作。

原系统的PLC工作电压为交流110V，而西门子PLC工作电压为直流24V，所以需要配置直流继电器模块，在交直流隔离的情况下，实现西门子PLC与机床原输人、输出点的连接。

主轴部分：机床主轴驱动只是一个速度单元，开环控制；主轴的准停由机械装置和PLC控制。控制过程为：取消主轴使能、挂空挡、主轴减速至20r／min以下、插定位销使主轴定位、发出完成信号。

主轴挂挡过程为：收到挂挡信号、取消使能、延时确认主轴停，齿轮摇摆挂挡、发出完成信号。
刀库管理：主要完成刀库四零、手动、自动操作、刀座号自动记忆、及其按最短路径决定刀具的运动方向及旋转的步数。

自动换刀：当系统发出换刀指令时，Z轴退到换刀位置，同时主轴启动定位程序，刀库启动选刀程序，通过机械手自动换刀，Z轴重回加工位置并启动主轴。

DNC接口程序：数控系统的内存较小，对复杂曲面的数控加工程序只能采用边加工边传程序的方法。这种通讯方法利用循环缓冲寄存器，由PLC编程实现。

机床报警文本的建立：对机床的电压、电流、液压回路的压力、液压油面高度、润滑状态等传感器进行检测，建立异常情况的报警文本，并在监视器显示，为操作者提供检修依据。

改造后的机床经激光干涉仪测试补偿后，机床的定位精度、重复定位精度达到原有机床的精度；试切标准试件经三坐标测量机测量，其直线度、圆度、孔的定位精度均达到原机床试件的加工精度。表明改造方案经济可行，价值200万元的设备又重新投入使用。目前该机床在本科生教学和实验室生产中发挥重要作用。