进口卧式加工中心数控系统改造方法一例

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。