制造業是國家的基礎性、前沿性、支柱性的戰略產業, 是衡量國家國際競爭力的重要標志。
制造業的發展, 依賴于先進的制造裝備。用高新技術和先進、適用的數控技術改造傳統產業, 可以大力振興裝備制造業。數控技術是先進制造的基礎與核心, 它所帶來的巨大效益與發展潛力引起了世界各國科技界和工業界的普遍重視。數控機床在提高加工精度、保證產品質量、降低生產成本等方面發揮了巨大的作用, 是衡量一個國家制造裝備業技術水平的重要標志。
我國機電行業擁有眾多機械結構陳舊、控制系統老化、加工精度低的數控機床, 這些數控機床已很難滿足現代化生產的要求。隨著機電行業生產規模的增大和對產品質量要求的提高, 在新增加高精度、高效率、高速度、高自動化的數控設備的同時, 采用現代數控技術改造技術落后的數控機床, 符合國家的產業政策, 同時也迎來了數控機床改造的發展機遇。隨著我國高端裝備制造技術的不斷發展, 對數控技術人才的需求也不斷擴大, 掌握并運用數控這一先進技術, 已成為數控技術、工業自動化和機械制造工程領域廣大研究人員、技術人員和應用人員的迫切需要。對于機床設計、調試和改造的工程技術人員, 如何選擇配件、配置和調整系統、擴展系統功能、減少調試時間、發揮設備最優性能已成為關注的焦點。
西門子與發那科數控電氣系統因其性能穩定、功能強大、性價比高等特點, 已得到廣泛應用。本書針對840D/ 840D sl/ 802D/ 828D 四種新型西門子數控系統與發那科FANUC 0i 系列數控系統的配置、硬件功能、系統功能、安裝調試、技術改造的應用技巧編著而成, 理論精簡, 實用性強。數控機床改造主要是針對數控系統、伺服系統、輔助控制系統、機械傳動系統和液壓系統的技術改造。由于數控機床基于計算機控制技術平臺, 高度集成了機械、電氣、液壓和氣動等多學科知識的機電一體化結構復雜的產品, 涉及計算機編程、自動化控制、位置測量、機械制造等領域, 因此在改造中能否按照準確的方法計算, 是否按照規則及要求選擇改造方案和配件的類型, 是決定改造后機床的性能、運行精度、可靠性以及加工質量的關鍵因素。本書融入了作者二十幾年大型企業數控設備的維修改造經驗, 選取有代表性的改造應用實例, 結合數控機床的電氣設計開發、數控系統調試技術等經驗, 能夠快速掌握數控應用技術的完整知識結構, 在數控機床改造中靈活運用。
本書承蒙西門子(中國) 有限公司資深數控專家關偉時審校, 得到了武漢華中自控技術發展有限公司技術管理專家張旭宇, 哈爾濱電機廠有限責任公司在數控機床維修與改造應用方面有豐富經驗的專家張明良、劉明陽高級工程師的大力支持與幫助, 在此表示衷心的感謝。
鑒于理論水平和實踐經驗, 書中難免存在一些不足之處, 懇請有關專家和讀者及各位同仁提出寶貴意見(電子信箱hecxujian@ 163.com)。
許 建于哈爾濱電機廠有限責任公司2017 年
前言
第1章數控機床改造概述1
1.1數控機床的基本組成及特點1
1.1.1數控系統1
1.1.2伺服驅動系統3
1.1.3西門子伺服電動機4
1.1.4位置測量系統6
1.1.5機械傳動系統7
1.1.6液壓系統7
1.1.7機械主體結構8
1.2數控機床改造的具體步驟8
1.2.1機械傳動部件的改進8
1.2.2數控電氣驅動系統技術方案的選擇9
1.2.3數控設備輔助控制裝置的完善9
1.2.4電氣控制柜的設計與制作9
1.2.5整機連接調試11
1.2.6功能測試12
1.2.7數控機床改造的驗收工作12
第2章數控機床技術改造總體方案15
2.1機械系統改造設計方案15
2.1.1數控機床機械結構的特點15
2.1.2數控機床機械傳動系統的改造設計17
2.1.3數控機床液壓系統的改造設計20
2.1.4機械安裝調試應注意的問題21
2.2數控系統改造設計方案22
2.2.1西門子數控系統概述22
2.2.2發那科數控系統概述26
2.2.3數控機床改造數控系統選擇方案27
2.2.4數控系統選型設計注意事項28
2.3伺服驅動系統改造設計方案29
2.3.1西門子伺服驅動系統概述29
2.3.2發那科伺服驅動系統概述30
2.3.3數控機床改造伺服驅動系統選擇方案31
2.3.4伺服電動機的選擇計算31
2.4位置測量系統改造設計方案34
2.5按功能要求選擇數控系統改造方案36
2.6按工藝要求選擇數控系統改造方案36
2.7按精度要求選擇機械電氣系統改造方案37
第3章機床機械系統改造39
3.1機床機械系統組成舉例39
3.2數控機床機械部分再制造改造的內容43
3.3主軸系統的改造43
3.4進給傳動系統的改造44
3.5機床各導軌的修復44
3.6機床液壓系統的改進44
3.7機床輔助裝置的改造44
3.8數控機床機械改造小結45
第4章數控機床數控系統改造47
4.1西門子840D系統改造的調試技術47
4.1.1西門子840D硬件與驅動系統47
4.1.2西門子840D系統的數據管理50
4.1.3西門子840D系統NC啟動與調試55
4.1.4西門子840D的PLC啟動與調試69
4.1.5西門子840D的PLC程序調試與故障診斷80
4.1.6840D與611D驅動診斷界面85
4.2西門子840Dsl系統改造的調試技術87
4.2.1840Dsl調試準備88
4.2.2系統軟件升級90
4.2.3NCU、NCK、PLC開關94
4.2.4調試接口的連接96
4.2.5PLC調試99
4.2.6驅動配置與固件升級105
4.2.7NC參數的轉換:840D升級到840Dsl114
4.2.8報警文本114
4.2.9循環115
4.2.10Operate驅動優化115
4.2.11刀庫管理127
4.2.12數據備份與恢復129
4.2.13840Dsl選項功能130
4.3西門子802D系統改造的調試技術140
4.3.1802D調試準備140
4.3.2系統的連接142
4.3.3802D系統通電143
4.3.4PLC的調試144
4.3.5驅動器的參數配置145
4.3.6NC調試146
4.3.7驅動器軸參數優化151
4.3.8用戶保護級的設定152
4.3.9數據存儲和備份152
4.4西門子828D系統改造的調試技術153
4.4.1828D調試準備153
4.4.2系統通電158
4.4.3系統初始設定159
4.4.4PLC調試160
4.4.5驅動器調試162
4.4.6NC調試163
4.4.7刀具管理參數164
4.4.8網絡驅動器165
4.4.9828D數據管理166
4.5FANUC0i-D數控系統的構成與調試技術168
4.5.1FANUC0i-D數控系統的基本構成168
4.5.2FANUC0i-D伺服系統的基本結構169
4.5.3FANUCPMC的基本功能170
4.5.4FANUC0i-D數控系統軟件匹配調整172
4.5.5FANUC0i-D數控系統的數據備份與恢復173
4.6數控機床數控電氣系統改造小結175
第5章數控機床改造軟件調試實例176
5.1PCU50的USB盤無法使用176
5.2SINUMERIK840D出現120201通信失敗報警問題176
5.3閉環測量系統損壞改為半閉環運行177
5.4軸的屏蔽處理177
5.5垂直軸和傾斜軸下滑的故障177
5.6自動加工時主軸停止而進給不停179
5.7SINUMERIK840D系統自動調用Siemens固定循環加工程序時出現12550報警180
5.8鏜銑床由于刀具沒有夾緊導致主軸不旋轉問題181
5.9電動機輸出轉矩與機械負載及動態轉矩不匹配問題181
5.10進給軸由雙電動機驅動的主從速度/力矩耦合不匹配問題181
5.11運動指令不能執行的故障維修182
5.12定位監控誤差過大報警182
5.13加工圓形工件過象限時輪廓誤差過大的問題183
5.14機床夾緊位置偏差過大的問題183
5.15龍門同步軸位置檢測不同步故障183
5.16急停控制功能無效問題184
5.17PCU50.3/PCU50.5原有硬盤損壞問題184
5.18PCU50.3/PCU50.5原有硬盤上的文件損壞問題185
5.19版本升級問題185
5.20系統升級后有8081報警提示授權不完整186
5.21CF卡系統軟件升級187
5.22PCU50.3/PCU50.5軟件版本兼容問題190
5.23PCU50.3/PCU50.5模擬循環問題190
5.24HMI軟件/CF卡系統軟件問題198
5.25靜電干擾問題199
5.26NX控制ALM使能問題199
5.27ESR斷電回退問題200
5.28SINUMERIK840Dsl調試問題200
5.29ProfiBusDP現場總線通信問題203
5.30幾何軸切換功能無效203
5.31進給軸高速移動時出現輪廓監控25050報警203
5.32在高速加工軸啟動停止時出現進給軸輸出力矩不足問題204
5.33PLC程序問題204
5.34S120伺服電動機測量元件問題205
5.35SINUMERIK802D數控系統總線地址設定通信問題206
5.36SINUMERIK828D的PLC控制急停報警問題206
5.37SINUMERIK828D的PLC控制互鎖保護導致自動程序的動作不執行問題206
5.38FANUC0i系統全閉環修改為半閉環207
5.39FANUC0i系統顯示器屏幕上顯示300報警207
5.40數字伺服參數設定異常出現417報警208
5.41數控系統改造調試技術小結208
第6章數控機床技術改造案例210
6.1重型數控轉子槽銑床采用西門子840D數控系統再制造技術改造210
6.2羅馬尼亞12.5m車銑鏜床采用西門子840Dsl數控系統的技術改造220
6.3德國轉子銑采用西門子840D數控系統的技術改造223
6.4數控轉子線圈立式加工中心專用機床采用西門子840D數控系統的再制造技術改造227
6.5SC55車銑床采用FANUC0i數控電氣系統的技術改造233
6.6.260mm型落地銑鏜床采用西門子840D數控系統的技術改造240
6.7德國MAHO700C五軸聯動鏜銑床采用西門子840Di數控系統的技術改造246
6.8哈爾濱電機廠汽發分廠SKODA.250mm鏜床再制造數控電氣技術改造250
6.9俄羅斯.160mm鏜銑床采用西門子840Dsl數控系統的技術改造252
6.10BFT130臥式數控鏜銑床采用西門子840Di數控系統的技術改造254
6.11MCS-V6立式數控加工中心采用FANUC0i-MC數控系統的技術改造257
6.12俄羅斯5m雙刀架立車采用西門子802D數控系統的技術改造265
6.13FB3立式銑床采用FANUC0i-MC數控系統的技術改造266
6.14立式數控加工螺紋孔專機采用西門子828D數控系統的再制造技術改造271
6.15捷克SIU250T臥式車床主軸靜壓及采用西門子802D數控系統的技術改造273
6.16CK6163C數控臥式車床采用西門子802Dsl數控系統的技術改造273
6.177.1m立車采用FANUC0TC數控系統的技術改造276
6.18德國數控沖槽機采用西門子840D數控系統的技術改造278
6.19CKX91135可移式數控座環加工專機采用西門子840Dsl再制造技術改造281
6.20RSM2000G直齒花鍵軸磨床數控
電氣系統技術改造及工藝研究287
參考文獻293
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