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摘要：本文介紹用法國NUM1040系統(tǒng)改造T30加工中心的總體設計、PLC程序編制、系統(tǒng)安裝、機床調(diào)試和試件加工過程。
一、前言
我公司二十世紀八十年代末從美國引進的 T30加工中心由于數(shù)控系統(tǒng)（CINCINNATI MILACRON公司A950）損壞，該數(shù)控系統(tǒng)廠家已經(jīng)更新?lián)Q代，沒有備件無法修復。我們利用法國NUM1040對T-30加工中心進行數(shù)控改造，經(jīng)過總體設計、PLC程序編制、系統(tǒng)安裝，機床調(diào)試，試件加工，經(jīng)機械精度檢測和加工試件檢驗，改造后的機床達到了原機床出廠驗收標準。經(jīng)過半年試運行證明，機床性能穩(wěn)定，工作可靠，改造取得完全成功。
二、數(shù)控系統(tǒng)改造的總體設計
由于要求改造周期短，SIEMENS和FANUC數(shù)控系統(tǒng)定貨周期長（四周以上），NUM數(shù)控系統(tǒng)1040有現(xiàn)貨，使用要求操作界面為中文，在1040的基礎上增加一臺PC及其操作鍵盤、鼠標、14’彩色液晶顯示器、40G硬盤、遠程16輸入/16輸出模塊二個、遠程16輸入模塊一個、帶繼電器的24輸出模塊二個、電子手輪一個。
為了節(jié)約改造投資，原機床的主軸驅(qū)動系統(tǒng)、主軸電機和X，Y，Z，B軸進給驅(qū)動系統(tǒng)和電機、液壓和潤滑系統(tǒng)保持不變。
更換原機床有泄漏的冷卻泵。
為了方便操作工人對刀，給原機床增加一個電子手輪。
原機床全部為交流110V液壓閥，保留110V交流變壓器，由帶繼電器的PLC輸出控制液壓電磁閥。
為防止直流24V干擾數(shù)控系統(tǒng)，專門設計一個24V的開關電源供NUM1040使用，為此增加一個交流380V/220V的變壓器。原機床的24V直流電源仍然為外部（除數(shù)控系統(tǒng)以外）使用。
機床數(shù)控系統(tǒng)改造的組成框圖如圖1所示。
三、電路設計與安裝調(diào)試
1、液壓控制
在機床操作面板上增加“液壓啟動”和“液壓關閉”兩個按鈕，“液壓啟動”使用常開觸點（線號1305，13060），“液壓關閉”常閉觸點（線號1303，1305），連接方法與原圖一致。將原圖中的“CNC準備好”觸點（線號1308，1309）短路，在原電路圖中3CR觸點（線號1321）處串入一個由PLC控制輸出的繼電器常開觸點，作為CNC工作正常的條件，為伺服驅(qū)動電源接通（2PC）而自保（在主啟動1CR釋放時保持2PC吸合）。
2、伺服控制
各伺服軸的連接如圖2所示。其中：
通道A連接HEIDENHAIN光柵測量尺U1信號。
通道A*連接HEIDENHAIN光柵測量尺U1*信號。
通道B連接HEIDENHAIN光柵測量尺U2信號。
通道B*連接HEIDENHAIN光柵測量尺U2*信號。
通道Z連接HEIDENHAIN光柵測量尺U0信號。
通道Z*連接HEIDENHAIN光柵測量尺U0*信號。
Y軸帶有由液壓電磁閥控制的抱閘（不是電機抱閘），安裝在Y軸絲杠底部，其原理是液壓沒有啟動時靠彈簧力量將絲杠頂住，絲杠不能旋轉(zhuǎn)。一旦液壓啟動克服彈簧力，絲杠可以旋轉(zhuǎn)。所以抱閘只受液壓啟動或者停止控制，只要機床接通的3CR吸合，Y軸的抱閘就松開。抱閘的一端連接110V交流電零線1302，另外一端連接液壓啟動控制的接觸器1M的觸點1325。
在機床回參考點時考慮到安全問題，首先Z軸回參考點，即Z軸離開主軸方向一定距離，然后別的軸再回參考點。為了方便加工使用，除B軸以外，X，Y，Z軸的零點都不在參考點開關附近，而是偏移了一定距離。
B軸沒有參考點開關，回參考點時以零脈沖作為參考點，所以參考點的實際位置與圓光柵的安裝位置有關，更換圓光柵測量系統(tǒng)時要注意安裝位置，同時注意修改B軸參考點的偏移量大小。
另外B軸電機帶有抱閘，直流24V電源一通就松開B軸電機抱閘。
主軸還通過齒輪連接了另外一個1000線的編碼器，作為主軸定向時使用，主軸定向可以定在任意角度（M19 ECOxx，xx為角度），在精鏜孔退刀時使用。
主軸采用油霧潤滑。
手搖脈沖發(fā)生器的端子22，23串聯(lián)到急停線路中。
手搖脈沖發(fā)生器的端子20，24連接到PLC，只有該端子接通（按鈕按下）時手搖脈沖發(fā)生器才起作用。
3、PLC輸入輸出配置
輸入配置：
32輸入模塊共2塊，合計64個輸入點。
16輸入/16輸出遠程模塊2塊合計32個輸入點，32個輸出點。
32輸入遠程模塊1塊，32個輸入點。
總計配置輸入點128個。
輸出配置：
除上面遠程模塊的輸出32個點外，還有24輸出模塊2塊，合計48個輸出點。
總計配置輸出點80個。
三、用戶PLC程序設計
1、NUM數(shù)控系統(tǒng)軟件介紹
a、PLC Tool：它包括Machine Manager和PLC Tool兩個部分，前者負責傳送PLC程序、加工程序、工具表、螺距誤差補償和機床參數(shù)。后者負責編輯PLC梯形圖。
b、Back Up：負責備份數(shù)據(jù)（自動全部備份，不用選項）。
c、Edit pp：負責編輯加工程序。
d、Set Tool：負責調(diào)整參數(shù)。
e、MMI Tool：人機界面定義（自做人機界面用）。
f、NUM Com：PC與1040數(shù)控系統(tǒng)通信、公共協(xié)議通信用。
2、NUM數(shù)控系統(tǒng)PLC的主要軟件模塊如下：
% INI：系統(tǒng)初始化模塊，只在系統(tǒng)上電時執(zhí)行一次。
% TS0：主任務模塊（掃描時間20ms），調(diào)用子程序模塊
% TS1—TS5：系統(tǒng)任務模塊（掃描時間100ms）
% TF0---TF15：背景任務及用戶界面模塊（處理圖形顯示等）
% SP0---SP255：子程序模塊
% TH0---TH15：快速中斷處理模塊
% 99999：報警文本
3、NUM數(shù)控系統(tǒng)使用的PLC變量
% M（0-7FFF * 8 bit）：中間變量，斷電保持。可以表示為M0.0, M0.B ,M0.W, M0.L(分別為位，字節(jié)，字和長字)。
% V（0-7FFF * 8 bit）：中間變量，斷電不保持?？梢员硎緸閂0.0, V0.B ,V0.W, V0.L(分別為位，字節(jié)，字和長字)。
% I：輸入變量
% Q：輸出變量
% R：讀CNC變量
% W：寫CNC變量
6、NUM的延時類型
a、通電延時：Ton
b、斷電延時：Toff
c、脈沖延時：Tp（保持導通時間，可變）
7、PLC用戶程序
用戶PLC程序主要包括：a、液壓啟動/停止和機床各軸的運動；b、手動/自動工作臺交換；c、主軸定向和換檔；d、手動/自動換刀e、報警文本。
主軸定向過程的PLC程序框圖如圖3所示。
自動換刀是加工中心的一個重要功能，T-30加工中心刀庫有65個刀位，刀鏈按最短路徑將要交換的刀送到換刀位置，用新刀號（欲換的刀位號）和舊刀號（當前主軸位置的刀號）之間的關系計算出刀鏈的運動方向和運動步數(shù)，通過機械手實現(xiàn)送刀和還刀動作，其PLC程序框圖如圖4所示。
注意：1、33 = （刀位65 +1）/2
2、步數(shù)即刀鏈旋轉(zhuǎn)的刀位數(shù)。
四、調(diào)試中解決的主要技術問題
1、Y軸下滑問題
改造前T-30加工中心當液壓關閉時Y軸由于受重力影響會下滑大約15u左右，使用中可能造成刀具損壞。改造過程中經(jīng)過打表測量和檢查，發(fā)現(xiàn)在液壓停止時Y軸絲杠會旋轉(zhuǎn)一個角度，原因是液壓關閉時Y軸制動器的彈簧起作用，由于絲杠底座背帽擰得不緊（存在間隙），在彈簧力作用下造成絲杠旋轉(zhuǎn)，帶動Y軸下滑。擰緊背帽，在關閉液壓時打表測量Y軸下滑 < 5u，達到允許的范圍。
2、X，Y，Z軸參考點開關信號極性問題
原T-30加工中心X，Y，Z軸參考點開關使用的是負極性接近開關，即達到參考點開關時電平（0V），而NUM數(shù)控系統(tǒng)對參考點開關信號的要求是正極性，為了適應這一要求，我們?yōu)槊恳粋€軸增加了一個帶常閉觸點的繼電器，電路及波形如圖5所示：
圖 5
將繼電器的A，B端子（線圈）串入接近開關電路中，靜態(tài)時繼電器吸合，D端輸出低電平（0V），當接近開關起作用時，Uab = 0V，繼電器失電，常閉觸點閉合，Ud = 24V，輸出高電平，滿足NUM數(shù)控系統(tǒng)對參考點開關信號的要求。
由于B軸在回參考點時沒有使用參考點開關信號，而是用零脈沖信號作為參考點信號，所以不存在極性轉(zhuǎn)換問題。
3、冷卻液不暢通問題的解決
原機床從主軸端孔（9個）中噴冷卻液，由于多年的使用加之冷卻液不干凈，9個端孔有7個堵塞，工件冷卻效果差，根據(jù)用戶恢復冷卻液噴孔的要求，我們打開主軸端蓋，徹底清除環(huán)行槽中的臟物，使9個端孔都能夠噴射冷卻液。
原機床的冷卻泵經(jīng)過多年的使用出現(xiàn)泄漏，造成冷卻壓力達不到要求，我們用一只潛水泵代替原冷卻泵，原3*380V的電源改成單相220V電源，增加了一只電源變壓器以滿足使用要求。
4、交換工作臺出現(xiàn)問題的解決
在交換工作臺時出現(xiàn)向B軸托盤推其中一個工作臺的過程中，另外一個工作臺也向外運動的情況。結合液壓圖分析是由于存在回油壓力造成的，更改液壓系統(tǒng)結構比較麻煩，我們
就在編制PLC程序時從電路上采取措施加以解決。
在接通一個電磁閥向B軸托盤推工作臺的同時，置位另外一個電磁閥，使其拉住另外一個工作臺不至于它向外移動，較好的解決了出現(xiàn)的問題。用同樣的方法我們也解決了換刀門出現(xiàn)的在換刀過程中下落問題。
