HASS VF-3D立式加工中心的数控系统置换改造研究

摘要

上世纪以来，数控机床核心技术一直牢牢掌握在日本、德国、美国、瑞士等工业发达国家手中。为积极学习和利用国外先进制造技术，上世纪八九十年代陆续从国外引进了很多中高档数控机床。这些机床机械基础扎实，自动化程度高，在引进的最初十几年发挥了巨大的作用，为企业赢得了客户，创造了效益。但随着时间的推移，至今很多机床由于年久失修、备件供应不上、企业生产工艺变更等原因处于闲置半闲置状态，造成了企业资产的浪费。这些数控机床有一个共同的特点：机械部分基本完好，精度保持性好，电气部分老化严重，故障不断，数控系统的功能也严重落后，最终导致闲置下来。如果利用最新的数控系统置换掉原有机床的电气控制系统，实现闲置数控机床的改造与升级，不但可以充分利用现有资源，而且可以节约大量资金。改造机床只需十万元左右，而新购置一台同配置的数控机床则需几十万甚至上百万的投资，经济效益十分显著。因此对闲置机床改造的研究是十分必要和紧迫的。
　　本文在分析HASS VF-3D立式加工中心的原数控系统、伺服系统、逻辑控制、机械结构的基础之上，对工程教育实践训练中使用的数控系统的主要改造方案进行了论证，最终确定使用实用性改造方案，即更换数控系统、伺服驱动器和变频器，主轴电机保留，机械部件刚性较好，以调整为主。利用西门子新近推出的SINUMERIK808D数控系统、SINAMICS V60伺服驱动系统和MICROMASTER420变频器对其进行改造。主要改造方案确定后，对机床工作台进行了受力分析，完成了伺服驱动器和伺服电机的选型。分析了数控加工中心刀库的控制时序，设计了斗笠式刀库的电气控制线路和PLC程序，实现了刀库的取刀、换刀、还刀的三大功能。根据机床的具体配置和要求，完成了数控系统、伺服驱动器和变频器的参数设计。通过系统调试运行，验证了机床的各主要功能。最后通过API XD-3D型激光干涉仪完成了改造后机床定位精度、重复定位精度的检测，生成了螺距补偿表格，并输入至机床，实现了螺距补偿。
　　改造后按照GB9061-1988国家标准对机床进行了空载试运行，未出现任何故障。按照国家标准GB/T20958.2—2007中试切件图纸要求进行了试切加工，试切结果分析表明，改造后的机床无论在加工的效率还是易用性方面都有了明显提升，利用激光干涉仪检测数控机床的定位精度A<0.004mm，重复定位精度R<0.003mm。
　　改造后投入教学应用和企业对外加工服务半年以来，设备运行状态良好，满足了《数控加工中心操作与编程》等课程实训的需要，提升了教师与学生的实践动手能力。机床的改造成功，盘活了闲置资产，获得了较好的经济效益和社会效益。

目录

声明

第一章 绪论

1.1课题背景

1.2 数控机床改造现状及发展概况

1.3本文的主要内容及章节安排

第二章 HASS VF-3D立式加工中心改造方案设计

2.1 HASS VF-3D立式加工中心改造主要要求

2.2 加工中心改造方案论证

2.3数控系统置换改造方案

2.4本章小结

第三章 置换改造硬件系统设计

3.1加工中心进给伺服系统设计分析

3.2置换改造机电匹配接口设计和PLC控制

3.3本章小结

第四章 置换改造软件系统设计

4.1 VF-3D加工中心PLC总程序设计

4.2 PLC程序子模块设计

4.3数控系统的精度补偿系统设计

4.4本章小结

第五章 系统安装、调试与应用试验

5.1 机床安装

5.2 系统参数设置与调整

5.3 系统调试

5.4 系统试运行

5.5 试切运行及性能分析

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献