一般一臺(tái)數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)在使用到15年左右就進(jìn)入產(chǎn)品老化期，故障開始顯著增加，這時(shí)需對舊機(jī)床進(jìn)行改造，用新數(shù)控系統(tǒng)替換老數(shù)控系統(tǒng)。改造老機(jī)床與購買新機(jī)床相比，投資較低，而且又能增強(qiáng)系統(tǒng)功能，提高機(jī)床設(shè)備的技術(shù)水平與性能，提高原機(jī)床設(shè)備的生產(chǎn)效率，給用戶帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。這些已成為人們的共識(shí)，因此近幾年來國內(nèi)從事機(jī)床改造工作的企業(yè)越來越多。
西門子工廠自動(dòng)化工程有限公司是德國西門子股份有限公司在中國自動(dòng)化領(lǐng)域投資的第一家合資公司，獨(dú)家負(fù)責(zé)西門子公司在中國的機(jī)床改造業(yè)務(wù)。采用西門子數(shù)控系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對老設(shè)備進(jìn)行改造是公司的主要業(yè)務(wù)之一。公司成立 7年來，已對國內(nèi)100多家企業(yè)的200多臺(tái)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行了成功的改造，改造過的機(jī)床有數(shù)控車床、銑床、磨床、沖床、加工中心到深孔鉆床、落地鏜床、龍門銑床和自動(dòng)化生產(chǎn)線，為用戶取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，深受廣大用戶的歡迎。
一、數(shù)控機(jī)床改造的步驟
1、對一臺(tái)機(jī)床的成功改造一般分為3個(gè)階段。
調(diào)研及系統(tǒng)選型
改造前必須對機(jī)床的結(jié)構(gòu)、性能、運(yùn)行狀態(tài)、現(xiàn)有加工精度、特殊功能以及用戶對系統(tǒng)改造后要求達(dá)到的性能進(jìn)行詳細(xì)了解。數(shù)控系統(tǒng)主要由控制、驅(qū)動(dòng)和測量系統(tǒng)3部分組成。究竟是整體改造還是局部改造取決于上述3大系統(tǒng)的狀況以及用戶的經(jīng)費(fèi)。
系統(tǒng)的選型與配置需綜合考慮機(jī)床狀況、用戶對功能的要求、改造經(jīng)費(fèi)及各種數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn)。系統(tǒng)配置時(shí)，需對電纜長度、電機(jī)扭矩及額定轉(zhuǎn)速、主軸功率、系統(tǒng)安裝空間等細(xì)節(jié)予以充分考慮。
2、準(zhǔn)備階段
準(zhǔn)備階段的工作包括改造部分電路設(shè)計(jì)、控制程序編制及技術(shù)培訓(xùn)。電路設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)新系統(tǒng)硬件與非改造部分的接口，然后根據(jù)加工時(shí)機(jī)床動(dòng)作的控制邏輯，對 PLC進(jìn)行編程，確保機(jī)床動(dòng)作正確并實(shí)現(xiàn)最佳控制，在可能的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室模擬。為了保證用戶能正確使用、編程與簡單的維修，需要對用戶進(jìn)行操作、編程、維修等培訓(xùn)。
3、安裝、調(diào)試、驗(yàn)收
現(xiàn)場安裝指安裝新系統(tǒng)，部分或全部更換強(qiáng)電回路，重新設(shè)計(jì)機(jī)床操作面板，制作新法蘭盤與聯(lián)軸節(jié)，輸入輸出線改接等。
完成上述工作后，即可通電調(diào)試機(jī)床，優(yōu)化機(jī)床參數(shù)，調(diào)試各軸動(dòng)作及輔助動(dòng)作等。調(diào)試結(jié)束后，應(yīng)進(jìn)行試加工，考機(jī)并最終驗(yàn)收。
二、 西門子數(shù)控系統(tǒng)簡介
我們推薦西門子數(shù)控系統(tǒng)SINUMERIK
840C，840D，810D，802S，F(xiàn)M/NC，WF以及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)SIMODRIVE
611A，611D，6RA24用于老系統(tǒng)的改造，它們能滿足各種要求。
1、SINUMERIK 840C+SIMODRIVE
611A/D。 840C是西門子公司的超級全功能數(shù)控系統(tǒng)，最多控制30個(gè)軸(其中最多6個(gè)主軸)，具有5軸聯(lián)動(dòng)，藍(lán)圖編程，三維圖形模擬，6個(gè)CNC通道，多CPU，網(wǎng)絡(luò)接口等功能，PLC為功能強(qiáng)大的PLC135WB2。可控制模擬驅(qū)動(dòng)、數(shù)字驅(qū)動(dòng)或兩者混合控制，特別適合于高級復(fù)雜數(shù)控系統(tǒng)的改造。
2、SINUMERIK 840D+SIMODRIVE
611D。 840D是先進(jìn)的全功能數(shù)字式數(shù)控系統(tǒng)，整個(gè)CNC(包括集成式PLC)縮小為單個(gè)模塊并集成于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，中英文操作顯示，最多控制31個(gè)軸(最多31 個(gè)主軸)，PLC為S7-300，強(qiáng)大的插補(bǔ)功能使它能輕易完成多軸非線性插補(bǔ)，適合于臥式加工中心、龍門鏜銑床、磨床、數(shù)字化機(jī)床及其他專用機(jī)床改造的要求。
3、SINUMERIK 810D+SIMODRIVE
611D。810D是全新數(shù)字化構(gòu)造的控制器，包括NC，PLC和5軸(1個(gè)主軸)數(shù)字閉環(huán)系統(tǒng)控制(3個(gè)已內(nèi)裝的功率部件)。適合于小型車床、銑床、磨床或加工中心的全面改造，性能可靠。
4、SINUMERIK FM-NC+SIMODRIVE 611A。與SIMATIC
S7-300一起使用，體積最小，最多控制5軸(1個(gè)主軸)，可配用步進(jìn)電機(jī)，中英文操作顯示。特別適合于只改造數(shù)控系統(tǒng)而保留模擬驅(qū)動(dòng)的場合，廣泛用于數(shù)控車床、銑床、磨床及立式加工中心的改造。
5、SINUMERIK
802S，是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，專門為經(jīng)濟(jì)型的數(shù)控車床、銑床、磨床及特殊用途的其他機(jī)床而設(shè)計(jì)的。
6、SIMATIC
S7-300，M7-300。在一些PLC邏輯控制的機(jī)床改造中，S7-300及模塊化工業(yè)計(jì)算機(jī)M7-300以配置靈活、使用方便、價(jià)格低廉的特點(diǎn)得到了廣泛應(yīng)用。
3 數(shù)控系統(tǒng)改造的類型
按照原機(jī)床所使用的系統(tǒng)的情況，數(shù)控系統(tǒng)的改造可分為以下幾種類型。
1、原機(jī)床為普通機(jī)床
普通機(jī)床價(jià)格便宜，操作方便，但其所能進(jìn)行的加工工序簡單，效率低，對操作者的熟練程度要求較高。將普通機(jī)床改造成數(shù)控機(jī)床，不但可提高加工效率，增加加工復(fù)雜型面等功能，還可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)機(jī)床與上位機(jī)的聯(lián)網(wǎng)，利用CAD等技術(shù)增強(qiáng)機(jī)床的加工能力。
將普通機(jī)床改造為數(shù)控機(jī)床，要同時(shí)進(jìn)行機(jī)械改裝和增加數(shù)控系統(tǒng)的工作，其中機(jī)械改裝的工作量相對要大一些。
機(jī)械改裝包括：
a 拆除原機(jī)床的部分齒輪傳動(dòng)鏈；
b 將普通絲杠換為滾珠絲杠；
c 制作法蘭盤，安裝新電機(jī)。
這種類型的改造由于原機(jī)床價(jià)格本身就已很便宜，改造所選用的數(shù)控系統(tǒng)一般為步進(jìn)電機(jī)或低檔次的交流伺服系統(tǒng)。如西門子的802S就是一種很適合于這種改造類型的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。802S系統(tǒng)的特點(diǎn)是：
a 中英文菜單顯示，安裝調(diào)試簡便、快捷，操作編程簡單；
b 目前使用的步進(jìn)電機(jī)扭矩最大可到25N·m，適用于絕大多數(shù)普通機(jī)床；
c 有車床型、銑床型等多種類型。
這種類型的改造周期短，現(xiàn)場調(diào)試時(shí)間1至2天即可，價(jià)格便宜，難度小，適合于對大批量機(jī)床的改造。
2、原機(jī)床使用的是西門子公司的老數(shù)控系統(tǒng)
西門子公司作為世界上最早開發(fā)研制數(shù)控系統(tǒng)的公司之一，在七八十年代陸續(xù)推出了SYSTEM5，SYSTEM6，SYSTEM7， SIN3，SIN8，SIN850，SIN880等多種數(shù)控系統(tǒng)，在世界范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。隨著時(shí)間的推移，這些系統(tǒng)逐漸進(jìn)入了老化階段，故障率逐年上升，所需備件越來越難于及時(shí)供應(yīng)且價(jià)格較高。
對使用以上西門子系統(tǒng)的機(jī)床，若能用西門子新數(shù)控系統(tǒng)如SINUMERIK
FM-NC，840C，840D等來進(jìn)行改造，不但可以大大降低故障率，免去備件供應(yīng)的后顧之憂，而且由于新系統(tǒng)具有的一些新功能，如中文界面，網(wǎng)絡(luò)接口，遠(yuǎn)程診斷等，可以使老機(jī)床經(jīng)改造之后上一個(gè)檔次。
這種類型的改造我公司已完成了數(shù)十臺(tái)，都取得了圓滿成功，如在哈爾濱某工廠用SINUMERIK
820替換SYSTEM7 系統(tǒng)的車床改造，在上海某公司用SINUMERIK
840C替代SIN8系統(tǒng)的深孔鉆改造，在南京某汽車公司完成的WF723+OP27替代WF726+WF785的專用鏜床改造等等。
這種類型改造的特點(diǎn)是：
a
由于西門子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、性能、使用的延續(xù)性，改造時(shí)除了將新、舊系統(tǒng)的接口進(jìn)行轉(zhuǎn)換外，原機(jī)床的PLC程序設(shè)計(jì)思想將被完全保留，原機(jī)床廠家的控制邏輯不會(huì)被改變，這一點(diǎn)對大型、復(fù)雜機(jī)床的改造特別重要。如我們在某廠完成的一臺(tái)SINUMERIK
840C改造SIN8系統(tǒng)的項(xiàng)目，原機(jī)床有9根伺服軸，極其復(fù)雜的冷卻控制，自動(dòng)測量，五軸聯(lián)動(dòng)，附件頭更換，手動(dòng)、自動(dòng)兩套控制邏輯切換等，如果我們重新編制PLC程序，若沒有原廠家工程師的幫助是難以完成的。
b 可以采用只改控制部分或控制部分、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)全部改造兩種方式，靈活性較大。
c
可以充分利用原有的器件，如電纜、插頭等，從而減少這部分改動(dòng)所需的時(shí)間。這種類型的改造一般周期不會(huì)太長，把握性大。
三、原機(jī)床使用的是非西門子數(shù)控系統(tǒng)
在國內(nèi)早期購進(jìn)的數(shù)控機(jī)床中數(shù)控系統(tǒng)種類比較多，有些數(shù)控系統(tǒng)由于生產(chǎn)廠家實(shí)力有限，產(chǎn)品不成熟，問題較多；有些數(shù)控系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家已經(jīng)不存在了，無備件供應(yīng)；有些廠家的新數(shù)控系統(tǒng)控制部分和驅(qū)動(dòng)部分是一體的，不能滿足有些用戶只想改造其中某一部分的愿望。
西門子的新數(shù)控系統(tǒng)功能強(qiáng)大，檔次齊全，可以解決以上所有問題。
這種類型的改造特點(diǎn)是：
a
改造對象一般為數(shù)控車床、加工中心等通用、不特別復(fù)雜的機(jī)床。我們曾改造過一臺(tái)美國產(chǎn)MCN20加工中心，該機(jī)床有X、Y、Z、B、主軸等5根軸，48把刀鏈?zhǔn)降稁欤p工作臺(tái)，數(shù)控系統(tǒng)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均為機(jī)床廠開發(fā)的產(chǎn)品，1981年產(chǎn)，1995年作為二手設(shè)備引進(jìn)，因無備件已停機(jī)一年。改造采用西門子 SINUMERIK
840C，原驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)保留，安裝、調(diào)試及驗(yàn)收共4周時(shí)間，投入使用后效果良好。
b 由于重新設(shè)計(jì)機(jī)床的整個(gè)控制邏輯，改造所需時(shí)間稍長。
4 原機(jī)床使用的是專用控制系統(tǒng),
專用控制系統(tǒng)由于控制對象單一，需要專門設(shè)計(jì)，一般價(jià)格比較昂貴。用西門子通用數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行改造可降低成本，提高可靠性。不過專用控制系統(tǒng)的控制對象一般是沖床、磨床等，這類機(jī)床本身就屬于復(fù)雜機(jī)床類，加上專用控制系統(tǒng)，改造難度大。
我公司近年來完成了多臺(tái)這種改造項(xiàng)目，如珠海某廠的專用沖床改造、南京某汽車廠的開卷線改造等。
這種類型的改造特點(diǎn)是：
a 改造后的機(jī)床可以達(dá)到原機(jī)床的性能，但很難超過。
b
有一定的風(fēng)險(xiǎn)。專用系統(tǒng)可對某些信號(hào)進(jìn)行特殊處理，實(shí)現(xiàn)某些特殊功能。如果改造前對原系統(tǒng)認(rèn)識(shí)不足，性能了解不全面，很可能導(dǎo)致整個(gè)改造項(xiàng)目的失敗。
c
用通用系統(tǒng)替代專用系統(tǒng)，費(fèi)用可大大降低，如我公司在南京做的開卷項(xiàng)目用WF通用模塊，改造費(fèi)用不足專用系統(tǒng)的1/2。
總體來講，西門子數(shù)控系統(tǒng)由于它本身所具有的優(yōu)勢，在國內(nèi)的機(jī)床改造市場中占有了領(lǐng)先地位，得到了廣泛應(yīng)用，正受到越來越多用戶的歡迎。
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