数控龙门铣机床控制系统改造与伺服优化的研究

摘要

随着全国制造业的发展，数控机床在全国得到了广泛的应用，为了适应新形势下的发展，机床的数控升级改造也被各制造企业提上了日程。MPB-3080B数控龙门铣是沈阳鼓风机集团有限公司先前从日本东芝公司引进的进口设备。原机床使用的是数控系统，该数控系统的功能与操作平台已无法满足压缩机零部件的加工要求。该机床运行多年，TOSHIBA600MB电气控制系统的元器件已严重老化，模拟驱动板与直流驱动电机已多次维修且无备件可换，维修费时费力，成本高昂。机械部分滑枕与滑板移动基准导轨磨损严重，精度降低，滑枕运动时存在跌刀现象，已严重影响生产。该机床为公司的主要数控加工设备，且机床的机械主体结构刚性十分不错，适合重型切屑。 针对机床本身的特点和存在的问题，从技术和经济上对其进行可行性分析。确定了以下改造方案: (1)在综合考虑了TOSHIBA数控加工中心的电气控制和机械加工特点、性价比及操作者等多方面的因素后，采用当前较先进的西门子840DSL数控系统来改造原有的数控系统，提高机床的稳定性; (2)用与840DSL数控系统相配的S120交流驱动伺服单元和具有高精度、低惯量、高分辨率位置反馈的1FT6交流伺服电机和大功率、高响应的1PH7感应电机代替原来的直流模拟驱动和直流电机，确保各轴的功率和扭矩，实现电机免维护。 (3)制作了新的操作站，配备了CNC面板，CNC键盘，控制面板。本课题选择了西门子840DSL数控系统作为控制装置，编制了PLC软件程序;对机床的各参数进行了设定。 (4)介绍了840DSDL数控系统的调试及优化:基于粒子群优化算法对伺服轴的运行进行优化，伺服轴的螺距补偿，并对系统进行数据备份。调试后对该机床进行了验收。结果表明该机床的性能和精度达到或超过原机床，完全能够满足工件的高精度、高效率、高可靠性的要求，而且改造总费用控制在同档次进口机床价格的四分之一以内。

目录

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摘要

第1章绪论

1．1数控机床概述

1．1．1机床历史与现实情况

1．1．2发展趋势

1．2机床数控再制造的需求

1．2．1市场环境

1．2．2实行必要性

1．2．3可行性

1．3当前国内外研究现状和意义

1．3．1数控改造的研究现状

1．3．2数控改造的研究意义

1．3．3粒子群算法优化的研究现状与意义

1．4课题来源和研究的意义

1．4．1课题来源

1．4．2设备现状

1．4．3工作的意义

1．5本文的工作

1．6本章小结

第2章MPB-3080B机床总体设计

2．1．1计划改造部分

2．1．2改造后达到效果分析

2．2数控系统的选型

2．2．1数控系统的分类

2．2．2系统选择

2．3 840DSL控制系统的特点

2．3．1 NCU控制单元

2．3．2人机交互平台

2．3．3 PLC逻辑控制模块

2．4本章小结

第3章控制系统硬件改造设计

3．1 840DSL数控系统的工作原理

3．2 840DSL控制系统总体结构图

3．3．1数控系统硬件设计要求与目标

3．3．2数控系统的基本结构

3．4 NCU模块改造设计

3．4．1 NCU模块型号与连接

3．5 OP和PCU模块改造设计

3．5．1 OP和MPI单元的选型

3．5．2 PCU模块的选型

3．5．3 MCP模块的选型

3．6 PLC模块设计

3．7伺服电机选型

3．7．1主轴电机选型

3．7．2进给伺服选型

3．8测量系统选型

3．9本章小结

第4章控制系统软件改造设计

4．1西门子可编程机床控制器简介

4．2 PLC设计要求与目标

4．3．1硬件组态

4．3．2 PLC地址分配

4．3．3 PLC程序结构

4．4主要程序举例

4．5．1配置驱动器

4．5．2读取驱动器配置的拓扑结构

4．5．3配置带Drive CliQ接口的电源模块

4．6．1轴分配参数

4．6．2轴定义参数

4．6．3参考点相关参数

4．7本章小结

第5章伺服优化与补偿备份

5．1伺服优化

5．1．1基于PSO的PID控制器参数寻优

5．1．2控制器相应分析

5．2螺距误差补偿

5．2．1补偿文件的生成和修改

5．3过象限补偿

5．3．1过象限补偿产生原因

5．3．2实施步骤

5．4报警文本制作

5．4数据备份

5．4．1创建备份数据

5．4．2硬盘数据备份

5．5本章小结

第6章总结与展望

6．1总结

6．2研究工作展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表论文与获奖情况