基于德国巨浪ＤＺ１８Ｗ数控机床的升级改造-数控机床市场网

基于德国巨浪ＤＺ１８Ｗ数控机床的升级改造

2021-4-22 来源：中山市技师学院作者：林建满访问量：

摘要：如何合理利用改造技术将老旧数控机床进行升级优化，是当下需迫切解决的问题。以德国巨浪ＤＺ１８Ｗ数控机床为例，结合当前最新数控系统功能进行升级改造。阐述了该设备在改造过程中存在的优缺点及技术难点，从数控系统、外围电器控制、部分机械结构３方面进行改造，实现了高速高精的数控机床要求。在工作效率上较改造前的设备提升了约３０％，设备故障率降低了约８５％，有效提升了机器的整体性能，提高了生产效率，创造了经济效益。

关键词：数控机床；升级改造；高速高精

０引言

自２０世纪９０年代以来，我国广泛购买和引进国外数控类加工中心或专机，用于加工生产，提高产品的质量及生产效率。这些机器经过近３０年的使用，或年久失修，或几经易手，机器的电气部分已是老化或残缺不全，致使故障频繁，不但维修成本急剧上升，而且生产效能已显著下降，整机呈被淘汰趋势。但是，这些国外进口机器在结构设计，机械铸件和装配方面，依然有着行业较高水平。随着计算机科学、

电子电路、电机学等的快速发展，数控系统也在飞速发展，其中ＮＣ控制、伺服控制、算法、电机等与之前的数控系统相比，更不可同日而语。因此，本文通过更换新一代的数控系统，对旧的进口数控加工中心进行升级改造，改变旧机器电气老化、故障繁多导致维修成本上升、效能下降的不良情况，保留较高水平的机械结构，从而提高旧型机床的生产效能，为企业创造更高的经济效益。

１、功能分析与系统选型

１.１旧数控机床的现状和功能分析

德国巨浪ＤＺ１８Ｗ加工中心如图１所示，外观较为陈旧，但依旧不掩盖其高速机的优良设计特点，双主轴配套双刀库和交换工作台，可以快速装夹工件和批量进行产品的加

工。这款机器在企业内主要用于高速的零件铣削和钻孔攻丝。

图１　旧的进口加工中心

１.２加工中心存在的缺点和优点

这款加工中心购买使用已有２０多年，主要功能可以实现，但容易出现故障使得生产停机。缺点如下：

（１）电气元器件老化，工作不稳定，设备可靠性下降，影响生产；

（２）机器已过保修期，进口机器维修难，且维修费用很高；

（３）电气元件较老，多数已不生产，维修用的元器件采购成本高；

（４）机器故障，厂家在国外，维修周期长，停机时间久，没保障；

（５）数控系统年代久远，与新系统相比，功能不强大，与厂家同机型的最新款相比，机器整体效能低。

这些缺点，使得继续使用此款机器的成本高，经济效益低。优点如下：

（１）紧凑特殊的双主轴结构，有利于快速生产；

（２）交换工作台的设计，使得一边加工的同时，另一工作台可进行工件的装夹，在工厂进行智能升级时，可完美配套机械手，在加工的同时进行工件的安装或者拆卸，为后续的智能生产提供了良好基础；

（３）整机结构设计理念超前，同厂同机型的最新款依然沿用这种结构设计。

综上所述，如果能在保留优良设计结构的基础上，对系统等电气部分进行升级改造，那么将使这台机器重新焕发光彩，为企业带来良好的经济效益。

１.３机床功能分析和升级改造

这台加工中心的改造重点在于系统电气部分和少量的机械外围部分，而保留原有的超前机械结构设计。对机床，分机械、控制、外围三大方面进行分析。

１.３.１控制部分

机床有Ｘ轴、Ｙ轴、Ｚ轴３个进给轴，２个主轴，２个刀库和交换工作台。交换工作台旋转由１个伺服电机和１套液压装置控制。

（１）进给轴。立式加工中心结构的三轴进给，对比现在的机器，进给速度较慢，效率相对低。

改造办法：采用新型伺服电机进行改造，并配以较大螺距的丝杆以提升进给速度，提高加工效率。

（２）交换工作台。转台机械性能良好，但液压站使用年份已久，很多检测元件容易出现不稳定，从而发生故障。

改造办法：采用新型伺服电机替换原有转台的电机。对控制转台的液压站进行整体更换。

（３）双主轴。两个主轴同时进行刚性攻丝、钻孔，以及同转速铣削的工艺。随着加工工艺的发展，主轴转速不高的情况较难满足现在使用要求，效率欠缺。

改造办法：根据企业现在最新的加工工艺，重新选择主轴电机，并配高速主轴，以满足现在工艺的高精高效的要求。

对于两个主轴同时进行刚性攻丝、钻孔的工艺，可以采用Ｆａｎｕｃ系统的“主轴简易同步控制”功能。主轴简易同步控制可以将２个主轴作为主控主轴、从控主轴予以结合，以使得刚性攻丝、通常的主轴旋转控制隶属于主控主轴的控制的形式。这个功能可以在Ｍ系列的串行主轴上进行使用。主轴简易同步控制中的指令，它对主控主轴的指令同样对从控主轴也有效。

随着工艺的发展和变化，需要增加考虑一些人性化操作，如一个主轴出现故障进行维修时，可以很简单地让另一个主轴进行动作，避免机台停机，造成影响。

（４）双刀库控制。可以配合２个主轴同时进行换刀，但很大部分的换刀逻辑都在ｐｍｃ内处理，一旦换刀出现错乱和故障后，取消报警和恢复刀库动作等较为繁琐且有难度。

改造办法：重新编辑刀库的顺序控制程序，并加以简化，以降低维修难度。

１.３.２机械部分

整体的设计结构和机床主体不改变。对常出现故障的局部进行改造。

（１）主轴。这是最常使用的部件，易出故障，且之前的设计转速无法达到现在的工艺要求。

改造办法：更换为目前国内较为常见的高速主轴。

（２）三轴丝杆。易出故障，且之前的设计速度满足不了现在的使用要求。

改造办法：更换为市场较常见的丝杆，同时加大螺距，以提高进给速度。

（３）刀库。使用已久，换刀执行部件和检测元件质量老化下降，旧刀库的设计逻辑繁琐。

改造办法：采用常见的高速刀库进行更换，同时提高换刀效率。

１.３.３外围电气部分

电气元件使用时间久，线材老化等，都使得电器质量下降，灵敏度降低，容易出现误动作，产生报警故障。采用新电气元件和线材替代旧品的办法进行改造。

２、方案实施

２.１控制部分的升级改造

２.１.１系统的整体配置

根据机床原有电机规格和改造的功能要求和性价比等因素，选择了Ｆａｎｕｃ公司的０ｉＭＤ系统，选择配置了主轴简易同步控制功能，以及最新的ＮＣ软件和伺服软件。配套具有高速响应的ａｉ系列的伺服驱动和伺服电机，使得在满足机台原有功能的基础上，又能提升了整体的控制性能，达到先进应

用行列。升级整体配置：控制系统为０ｉＭＤ；驱动器为ａｉＰＳ５５＋ａｉＳＰ２２＋ａｉＳＰ２２＋ａｉＳＶ８０／８０＋ａｉＳＶ４０／４０；伺服电机为ａｉＦ８／３０００＋ａｉＦ８／３０００＋ａｉＦ１２／４０００＋ａｉＦ１２／４０００；主轴电机为ａｉＩ１５／１２０００。采用新配置，使得主轴电机的转速从原来的８０００ｒ／ｍｉｎ提升到了１２０００ｒ／ｍｉｎ，伺服电机的转速最高提到了４０００ｒ／ｍｉｎ。

旧系统的电流控制为ＨＲＶ１控制，此次选配的０ｉＭＤ系统采用了新一代伺服控制理念，高速电流响应采用了ＨＲＶ３控制，大大提高了伺服响应，使得机器的高速高精度控制变成了可能。丝杆的螺距从原来的１０ｍｍ提升到Ｘ轴和Ｙ轴为１２ｍｍ，Ｚ轴为１６ｍｍ。这样，Ｘ／Ｙ轴的速度提高到了３６ｍ／ｍｉｎ；而Ｚ则提高到了４８ｍ／ｍｉｎ。相比原来ＸＹＺ三轴均为２４ｍ／ｍｉｎ的移动速度，改造后整体速度提高了约６６％，可与目前进口机器的速度相比。变换丝杆后需设置与指令、检测、齿轮比之类的伺服参数，以使得机器得以精确平稳地运行。以Ｚ轴为例，设置如表１所示。

表１Ｚ轴基本伺服参数设置

２.１.２主轴控制

新一代的主轴驱动和主轴电机，在主轴指令的响应上以及转速上有很大提升，刚性攻丝和铣削能力也加强。双主轴采用的主轴简易同步控制，在满足功能和参数设置（表２）的前提下，通过辅助功能代码（Ｍ代码）触发主轴简易同步控制信号来实现，主轴简易同步控制信号为Ｇ６４＃６（ＥＳＲＳＹＣ），这样可简单进行主轴简易同步控制的开启与闭合。

表２　主轴简易同步控制的主要参数