MK5212數控龍門導軌磨床電氣系統改造

步勇兵 張志東

（1.北京華泰科思電氣技術有限公司 北京 2.保定標正機床有限責任公司 河北保定）

1.存在的問題

MK52系列動梁式數控龍門導軌磨床由上海重型機床廠與德國瓦特里?？票ず献魃a，機床帶有兩個磨頭，周邊磨頭電機為三相交流異步電機，配置變頻器；萬能磨頭電機為直流電機，配置直流調速裝置。機床有X、Y（型號為FANUC15-5）和Z（型號為FANUC25-5）等3個伺服軸，其中X、Y軸分別控制磨頭上下移動，Z軸控制磨頭左右向移動（由電磁離合器切換）。該機床1991年安裝使用至今機械部分保養較好，加工精度仍能滿足要求，強電部分控制基本正常，不影響使用。機床采用FANUC 3M數控系統，目前嚴重老化，系統備件及直流伺服電機已停產。最近幾年機床故障頻發，平均每年停機時間為1～2個月，特別夏天溫度高、濕度大，機床會隨時停機，影響正常生產。

2.改造方案

由于設備故障點主要在數控系統部分，因此改造主要針對數控系統。初期方案是采用FANUC最新的0i-MD系統作為替換，性能可滿足要求。但考慮到該廠特點是非標小批量加工，并以加工平面磨削為主，基本用不上數控系統，加之供貨期及改造成本原因，最終改造方案采用臺達交流伺服電機+PLC+觸摸屏的模式（圖1）。

圖1 改造后的電氣系統控制框圖

3.改造實施

（1）伺服系統采用臺達A2系列交流伺服系統，其中X和Y軸電機型號為 ECMA-F11845SS，28.65 N·m/1500（r/min）/4.5 kW、帶剎車、220 V；Z 軸電機型號 ECMA-F11875R3，47.74 N·m/1500（r/min）/7.5 kW、不帶剎車、220 V；扭矩比改造前有所提升。

（2）PLC是此次改造控制核心，完成所有邏輯關系的處理和伺服系統的控制，采用臺達EH3系列主機加I/O擴展，輸入90點、輸出70點，包括橫梁、周邊磨頭、萬能磨頭和床面等4大部分的控制，主要的程序流程見圖2。

（3）采用PLC擴展模塊01PU-H2（單軸定位模塊）控制3個伺服驅動器。該模塊專門用于步進或伺服電機的速度或位置控制，最高200 kPPS脈沖輸出，內建原點回歸、點動和單段速定位控制等多種輸出模式，覆蓋該機床各項應用功能?？紤]到該機床沒有多軸聯動功能，故采用軟硬件結合的方式，實現1個單軸定位模塊控制3臺伺服電機（圖3）。將每個伺服驅動器的多功能輸出（差動）信號來源設置為與脈沖輸入信號一致，這樣3個驅動器能同時接收到定位模塊輸出的脈沖，但只有當指定驅動器的使能信號有效時，對應伺服電機才會運動。

圖2 主要的程序流程

圖3 伺服電機控制原理

（4）采用10英寸彩色觸摸屏作為坐標顯示和參數顯示及輸入。主界面（圖4）根據龍門磨床各項功能設置，可設置寬步走刀及微量進給的數值，并有豐富的輔助功能，可顯示各I/O口的輸入輸出狀態及故障報警信息，方便操作者使用。

（5）其他。①利用原數控柜安裝伺服驅動器及PLC部分，由于現場使用冷卻水，濕度較大，故將所有元件全部安裝在背對機床底板，減少水汽對電氣設備影響；②輸入輸出端口均采用新的多針航空插頭，連接穩固、可靠性高；③PLC輸入端、輸出端和伺服電機抱閘的24 V電源均采用獨立模塊電源，提高抗干擾性及穩定度；④采用新型器件，如波段開關代替十擋旋鈕，采用新型數顯表代替老式顯示表，使懸掛按鈕站內使用到的連線減少約1/3，有效簡化日后檢修工作。

2013年10月完成改造，機床在現場按正常工況運行，操作習慣與改造前基本一致，全中文顯示界面，方便操作。經過一段時間生產考驗，系統運行穩定，加工精度滿足要求。

此次改造也表明利用PLC和伺服電機對MK5212數控龍門導軌磨床的改造經濟、實用，不但可減少投資，而且操作簡便、維護簡單，可靠性高。

圖4 主界面