摘要 介绍使用FANUC 0i一MA系统改造国产三坐标立式铣床的主要步骤，包括主要部件选型软硬件运用，系统调试等，改造效果良好。
关键词 立式铣床 电气 改造 选型 硬件 软件 调试
中图分类号TG541+.1 文献标识码B
西安西飞国际50厂XK715F型只坐标立式铣床（上海第四机床厂制造，以下简称铣床）已经超期使用，机械磨损严重，电气线路老化，原数控系统功能简单，铣床工作时坐标驱动单元低速抖动剧烈，目前仅用于大余量切削，工件经过二次定位再移至其他设备进行精加工，严重影响了产品率和质量，无法满足新时期航空类外形复杂、加工难度大零部件的生产需要。经过系统的调查与分析，决定采用FANUC 0i一MA数控系统对铣床实施改造。
一、主系统选型
1．铣床机械特性
铣床有l个500mm×2000mm的工作台、5个18mm×90 mm的T型槽，X、Y、Z向行程分别为1400、500、600mm。三坐标传动机构均采用滚珠丝杠螺母副，丝杠直径50mm，螺距6mm，X、Y坐标丝杠装配方式为双端支撑，Z坐标丝杠装配方式为单端支撑（另一端悬空）。原数控系统当量位移三坐标为0.001mm/脉冲，工作、快速进给分别为l~2400mm／min和6000mm／min，主传动电机功率为直流llkW。
2．驱动系统选型
本次改造，铣床机械特性保持不变，据此并考虑经济因素（X、Y坐标驱动单元），选择铣床主轴、X、Y、Z三坐标伺服驱动系统，见表l。
表1
3．电源模块选型
根据额定输出功率和最大输出功率两项参数选择电源模块，需满足以下条件。
（l）电源模块额定输出功率≥∑主轴伺服电机连续输出功率×l.15+∑坐标伺服电机连续输出功率×0.6=l.l×1.15+（1.5×2+3.3）×0.6=16.43kW。
（2）电源模块最大输出功率≥∑主轴伺服电机最大输出功率＋∑坐标伺服电机最大输出功率=15+4.3×2+5.9=29.5 kW。通过计算，选用PSM一26型电源模块。
二、控制系统方案
1．硬件连接
FANUC 0i系统内置的I／O卡用于机床接口，I／O卡DI／DO点数为96／64，足够普通铣床机床侧电路控制用，若点数不够，可以通过FANUC I／O单元。FANUC 0i一MA数控系统与主面板B、子面板B1、CRT／MDI单元、伺服单元、手摇脉冲发生器等部件的硬件连接见图l，DI／DO一1、DI／DO一2主要控制机床外围侧电路，手摇脉冲发生器供相关人员在手轮进给方式下手动移动坐标轴，如操作人员设置工件原点、对刀高度，维修人员调整、维修机床等。
图1 改造后的铣味电气控制系统nextpage
2．软件设计
系统赋子主向板B、子面板Bl、CRT/MDI单元按键和坐标进给、主轴倍率波段开关SAl、SA2固定的地址编码，这此编码如同计算机高级语言中的变量，可以被FANUC 0i-MA的PMC程序任意引用，激活这些物理按键的功能，实现数控系统的控制目的。
FANLC 0i-MA控制外围侧电路的PMC程序编制较简单，在普通PC机的WINDOWS环境下安装FAPT LADDER-Ⅲ编程软件，即可进行编程。需要指出的是，机床各坐标轴回零减速检测(*DEC1、*DEC2、*DEC3、*DEC4)、急停（*ESP）等是系统预先给定的，优先级最高的高速处理信号，系统同样赋予它们固定地址编码，分别是X1009.0、X1009.1、X1009.2、X1009.3、X1008.4。
三、系统调试
1．分调
完成机床与系统的联机后，首先要分调，即进行坐标电机自适应。以X轴电机为例，在CRT/MDI单元上按1次系统键(“SYSTEM”)，在数控系统页面中选择（系统）热键，依次按热键：（扩展键）→[SV-PRM]→[SV-SET]，进入Servo settingmenu菜单，逐一设定其中各选项。
（1）设定INITIAL SET BITS为00001000，该项初始位的设定非常关键，见图2。
图2
系统仅定义了0#、1#、3#位。0#设为0表示数控系统使用中等分辨率检测器，如脉冲编码器。1#设为0表示进行数字伺服参数初始化设定，设为1表示不进行，该设定位无论数控系统掉电、再加电，其值始终为0。3#在首次进行X轴电机伺服参数设定时，必须设为0，数控系统掉电再加电后，系统根据脉冲编码器脉冲数自动计算相关伺服设定参数值，如速度环积分、比例增益，电流相位补偿，逆电势补偿等，这些参数自动设定完成后，3#自动跳变为1。(2)设定Motor ID NO.为10，此项和电机型号有关，可查FANIIC ConTROL MOTOR αserial MAINTENNANCE MANUAL。(3)设定AMR为00000000，此项和电机型号无关。(4)设定CMR项为2，此项和电机型号无关。(5)设定X轴减速比Feed gear(N/M)为6/100（分子N以该坐标轴丝杠螺距为准）。(6)设定X轴电机旋转方向Direction Set为111（正向）或一111（负向），此项可根据X坐标轴回零及进给方向做进一步调整。(7)设定X轴电机位置脉冲数为12500(在设定数控系统最小分辨率为0.001mm，采用串行脉冲编码器，控制方式为半闭环的条件下)。(8)设定X轴电机参考计数器容量为10000。
上述参数项设定完成，关闭系统电源，再开机，则电机自适应已经完成。照此方法进行其他坐标电机的自适应，自适应完成后，坐标电机即可手动或按照指令运动。
2．总调
检查机床各动作执行是否准确可靠（如坐标回零、一级限位、冷却液开关、报警指示灯、装卸刀、主轴挂挡、主轴旋转等），这些动作主要由数控系统的PMC-RA1程序控制，若有问题，可修改相应程序。编写PMC-RA1程序时，要允分考虑各相互关联动作的可靠性与安全性，如机床主轴旋转时不能手动换刀，润滑压力或液位过低系统报弊无法启动等，避免设备损坏和人身伤害。
3．动态测试
总调完成后，通过NAS试件的试切进行机床整机的动态测试，主要检测整机在各坐标轴平面（如XY、XZ、YZ）的联动性，这项工作非常重要，一般至少进行两次试切，试切完成后要对某些不合格项进行整改，确保机床在生产实践中发挥有效作用。
四、改造效果
1．功能增强，可靠性提高
改造后铣床定位精确，低速无抖动、爬行现象，主轴转速高（分为三挡），功率、转矩分配适当，完全适合大部分航空类零部件的加工与制造。由于新的数控系统内部采用模块化设计，电磁干扰小。
2．故障减少，节能显著
改造取得了明显的经济效益，基本杜绝跑冒滴漏现象，各项指标见表2。
表2
产品零部件的数控加工是现代化飞机制造业生产的主要手段。利用成熟的数控系统对国内航空制造公司现有普通设备进行数字化改造，能够进一步提高设备精度，延长设备使用寿命，保障航空产品的生产，使飞机零部件的生产制造技术与国际接轨，实现“数字化飞机制造”。
