摘（zhāi）　要：電氣改造工程（chéng）的硬（yìng）件設計（jì）工作與機床製造廠新設備的電（diàn）器硬（yìng）件設計工作有相似之處，也（yě）有較大的不同（tóng）。最主要的不同是體現在設（shè）計電氣原理圖時（shí）控製要求來（lái）源的不同。新（xīn）機床的（de）控製要求來自機械結構設計部門的解釋（shì）。容易（yì）全麵理解（jiě）。而舊設（shè）備改造（zào），輔以操作者口述的間接（jiē）途徑，更多的是需要設計者從舊機床的原理圖及舊機床資料中自（zì）己讀出它的（de）控製要求。

      1、　電氣改造工程執行前的設備狀（zhuàng）況

   
　　該設備是武漢江漢石油儀器儀表廠於上世紀（jì）九十年代初從德國（guó）進口的精密加工機床。為工廠（chǎng）生產服務已近三十年的時間。由（yóu）於企（qǐ）業管理完善，設備長時間得到保養，設（shè）備及附件的整體性能不（bú）錯，完整程度比較高，而且（qiě）設備機械部（bù）分的精度保持很好。在這些設（shè）備儀器上仍然可以寄加工出高精度的產（chǎn）品零件。但是設備畢竟時間久遠（yuǎn），且受到空氣等腐蝕該設備在電氣控製部分上問（wèn）題較（jiào）多，有（yǒu）些問（wèn）題還很嚴重。比如：數控係統（tǒng）經常不知原因的死（sǐ）機、黑屏（píng）。電櫃內的控製器件因老化經常出現（xiàn）故障（zhàng）、機床電纜也老化破損嚴重導致產生誤動（dòng）作。由於設備電氣控製部分故障的原因經（jīng）常導致機床加工中斷、或產生不合格產品。再者時（shí）間久遠，係統的備件供應困難，維修費用不斷（duàn）增高。設備（bèi）經常處於（yú）停（tíng）機待維修狀態。

     2　、設備電氣改造的可行性探討及數控係統的選型

　　鑒於（yú）該設備機械部分的良好狀態（tài），加工工藝範（fàn）圍也非（fēi）常適合工（gōng）廠生產產品的需求。與其（qí）將錢花（huā）費在不斷增高的電氣備件維（wéi）修上，不如一次性投入將包括數控係統在（zài）內的所有電氣部分更換一新（xīn），恢複機床原有的全部（bù）功能。考慮到數（shù）控係統正（zhèng）常的使（shǐ）用周期一般在十年左右，在機械部分正常保養和使用的情況下，改造後設備在（zài）十年內將不會有大的維修費用支出。在不用投入很多（duō）費用進行機（jī）械翻新的前提（tí）下，進行（háng）或不進（jìn）行電氣改（gǎi）造的判斷就很容（róng）易的被得出了。

　　使（shǐ）用什麽品牌的數控係統及其配套產（chǎn）品來替換原（yuán）有的產品，我們進（jìn）行了較長時間的思考。原因有很多（duō）方麵，首（shǒu）先我們希望使用具有良好穩定性的（de）名牌進口數控係統，因為硬件的可靠性和（hé）穩定性是第一位的。其次在（zài）係統的編程及使用上，要求能與舊的數控（kòng）係統在功能上相匹（pǐ）配，如（rú）：自動選擇切入、切出封閉輪廓的軌跡編程，擁有在鑽孔（kǒng）方向自動遞減的深孔鑽削循（xún）環，擁有多種組合形狀和加工順序的陣列孔加工等先進功能。其次要與其他配（pèi）套產品的配套可靠性要好，性能發揮充分。如：數控係統同伺服驅（qū）動係統及電（diàn）機、數控係統同位置測量係（xì）統、數控係統與可編（biān）程控製器等。最後整體配套費用也應是被考慮的因素。綜合幾（jǐ）方麵的情況，也有對同樣是德國製造的信任，我們經過不斷對比（bǐ）分析，最終選擇了德國海德（dé）漢公司生產的TNC 320 數控係統（tǒng），該設備海德漢（hàn）LS1378C 直線型（xíng）光柵尺、內裝型（xíng）PLC 可編程控製器及ROD700 角度編碼器。配套日本安川（chuān）公司生產的CIMR-F7M 係列的主軸驅動器及電機、安川生產的SGDM係列進給軸伺服放大器（qì）及電機。

     3　、電氣改造工程的硬件設計

　　舊主軸的（de）驅動使（shǐ）用的是4KW 的雙速（sù）控（kòng）製（zhì）三相異步（bù）電機，用PLC控製的（de）繼電器邏輯進行電機的正/ 反轉、平滑啟動（dòng）、及快慢（màn）速控製。主軸換擋（dǎng）使用三個（gè）可正/ 反向旋轉的直流電機帶（dài）動機械撥叉進行齒輪級的切換。配合主軸電機的雙速控製，可實現機床加工主軸（zhóu）40 到4000 轉速範圍內的21 級固定轉速變化。操作控製時操作者需在（zài）控製係統上對應輸入21 個（gè）命令（lìng）代碼，PLC 控製進行電機的速（sù）度選（xuǎn）擇（zé）及相應檔位的切換動（dòng）作。

　　　由於舊主軸電機故障（zhàng）頻繁，維修費（fèi）用較高。再者（zhě）這（zhè）種輸入21 個命令（lìng）代碼的操作方式也很繁瑣，不及現在流行的轉速直接輸入方式先進。改造時我們首先選用了伺服驅動主軸（zhóu）電機代替了舊的三相異步電機，提（tí）高了控製特（tè）性。其次由於機（jī）械結構不易改動的原（yuán）因，齒（chǐ）輪切換（huàn）的（de）驅動方式沒有改變，但由以前的21 級齒輪（lún）變換減少到3 級（jí）。在各級轉速範圍內利用驅動（dòng）器的變頻調（diào）速功（gōng）能實現無級調速，這樣由以前的21 級（jí）速度控製升級到範圍內的全速度控製。最後，為了避免這種改動造成主軸（zhóu）扭矩的損失（shī），我們在兩個方麵采取了相應措施：經數據測算優化3 檔的分級範圍（wéi）；經數據測算選用更大功率的主軸電（diàn）機。保證了主軸扭矩輸出在工作範圍內不低於（yú）原有的指標。

      4、　電氣改造工程的配線施工：

　　首先進行的是舊數控係統（tǒng）及相關部分的拆除、舊伺服係統的拆除、電機的（de）拆除、控製元器件的拆除、電櫃配（pèi）電（diàn）盤的清理、機床外圍電纜電線的拆除等等清理工作。在清理（lǐ）工作（zuò）的過程中有條件讓我們進一步（bù）分析、理解原機床的（de）設計控製思想，及時修改在設計階段產生的技術錯誤。在這之後，開始進行新係統的安裝、電機的安裝、位置檢測器件的安裝（zhuāng）、控製元器件的安裝等（děng）工作（zuò）。在中間不斷有（yǒu）需要根據現場情況，臨時做工藝技術調整的狀況。最後，進行新係統各部分的電氣互連。由（yóu）於電氣改造工程的獨（dú）特性，我們的設計資料（liào）不可能像新機床（chuáng）設計那樣出具非常全麵的電氣互聯圖，也不可能出（chū）具機床（chuáng）電氣分部份詳細的接線圖。全（quán）部電氣圖紙以能滿足現場施工配線為目的。具體走線等電氣工藝問題（tí）需要現場施工（gōng）人員憑經驗解決。

     5　、電氣改造工程的軟件調試

　　這是整個電氣改造（zào）工程最為重要的過（guò）程（chéng），先前所有的在技術上的準備，都要在這個（gè）階段落到實處。機床參數要進行精調，用以配合該機床的（de）機械特性，產生最佳的加（jiā）工效果。各種原機床可以實（shí）現的功能都要一一調試出來（lái），PLC 程序要進行全麵的修改和補充，所有碰到的（de）技術問題都無法回避，必須依次徹底解決。具體（tǐ）講也可分（fèn）為幾個階段：

　　（1）將機床調試成為（wéi）普通銑床。各進給軸應能正常運行，回零（líng）、限位保（bǎo）護都可實現，進（jìn）給（gěi）軸在各種速度（dù）下運行都應平（píng）穩。主軸換擋功能（néng）的實現，正/ 反轉平穩，主軸動態響應（yīng）參數要進行優化（huà），進給軸的優（yōu）化，主軸的鬆緊刀控製，液壓（yā）係統的起停控製，導軌潤滑的定時控製等等。
 

　（2）在第一步的基礎上進一步（bù）將機床調試成為加（jiā）工中心機床（chuáng）。實現主軸的定（dìng）向功能，實現刀庫旋轉的回零功能、手動（dòng）旋轉功能、自動尋刀旋轉（zhuǎn）功能、換刀機械手地（dì）初始化、換刀機械手的手動分解（jiě）動作、自動換刀動作的聯動、與刀庫的換刀點調整、等（děng）等。

　　（3）將機床調整為全閉環（huán）控製。調整機床參數消除運行震動。調試機（jī）床附件、全（quán）閉環回轉工作台。調試機床加工冷卻係統。調試機床門開關與（yǔ）保護功能（néng）。

     6、　改（gǎi）造完成的驗收和結果（guǒ）

　　該機（jī）床經過電氣改造後，經過多次試驗順利完成（chéng）了工廠內部的全部驗收工作，機床全部控製功能都已可靠地實現。試驗結果用事實證明了最終電氣改造（zào）工作驗收（shōu）合格。現在該機（jī）床正在加工車間為工廠的產品生產可靠的服務著。