1、FS130仿型铣数控化改造方案我国一些机械制造企业七、八十年代从国外进口了大量机械设备。目前，这些设备的机械部分基本完好，但由于其控制部分技术资料不全、内部电器老化、以及国外供货商的售后服务跟不上，售后服务和设备维修的费用昂贵，导致相当一部分设备不能正常使用，成为企业沉重的包袱。武汉华中数控系统有限公司已成功地为东方电机厂、南昌飞机制造公司、常柴股份有限公司、扬州柴油发动机厂改造了多台东德、俄罗斯、美国等国的二手设备和旧机床，积累了较丰富的经验。通过对德国FS130仿形铣的现状进行了解和分析之后，提出对FS130仿形铣进行数控化改造的技术方案。以下方案供企业领导决策时参考。一、技术方案由于该仿2、形铣是德国七十年代的产品，其控制系统的配件很难购到，已无法对其系统进行维修。因此，本方案提出更换原设备的控制系统，用华中I型数控系统（含数控单元、PLC、强电柜、伺服驱动单元和电机等）对该设备进行彻底改造。、设备改造的技术路线：技术路线一：选用国外数控系统。该技术路线的优点是技术成熟，风险小，可靠性有保证。可选择的国外数控系统有：SIEMENS 840数控系统和FANUC -0-MD数控系统。据我们掌握的资料，这两种数控系统在技术成熟度和可靠性基本相当。该技术路线的缺点是：l设备改造总费用较高。l改造后，一旦设备的使用时间超出保修期，其维修、技术服务的费用仍然相当昂贵。技术路线二：选用华中I型3、数控单元HZ-1M+华中伺服单元兰州电机厂交流伺服电机该技术路线的优点是：l 技术成熟。武汉华中数控系统有限公司是一家专门从事数控系统生产、销售、研究开发，集科、工、贸于一体的高新技术中外合资企业。公司自1993年成立以来，已向制造业推出约四百多套数控系统，得到用户的认可。用户单位包括长江机床厂、武汉第四机床厂、营口机床厂、汉江机床厂、武汉机床厂、湖北机床厂、沙市第一机床厂、南昌飞机公司、东方电机厂、常柴股份有限公司、洛阳014中心等。目前，公司已开发的10余种数控机床新产品，包括：车床数控系统、3-5轴联动铣削加工中心数控系统、数控滑台、冲床数控系统、冰箱发泡机数控系统、插齿机数控系统、小型4、数控车床、小型数控铣床、激光加工机数控系统、折弯机数控系统、剪板机数控系统、万能工具磨床数控系统、激光数字化三维复杂曲面测量/造型/加工一体化数控系统等。除与主机厂数控配套外，在大、重型旧机床、进口二手机床的技术改造上也做了大量的工作（如南昌飞机公司从美国进口的T250转塔式加工中心、数控下料铣、高压水切割机、东方电机厂的大型立车、扬州柴油机厂的俄罗斯加工中心等）。96年，我公司为常柴改造了一台仿形铣，该机床一年内创效益1000多万元。97年，我公司为常柴成功改造了11台高档加工中心、柔性单元和1台国产加工中心等一批设备。该批设备已在生产线上运行，情况良好，为常柴节约了大量设备资金，并产生了重5、大经济效益。98年底，常柴向常州机床厂订购了三台数控机床，特别指定配用华中I型数控系统。这表明：国产数控系统终于有能力和国外品牌抗衡。本技术路线完成改造的技术成熟性好，把握大。l可靠性有保证。华中I型数控系统采用进口的通用32位工业控制机作为数控单元。由于工控机的平均无故障时间可达3万小时以上，使得华中I型数控系统的可靠性有了保障。此外，本技术路线采用的华中伺服单元和电机、控制电柜内的大部分电器元器件采用进口或中外合资的著名企业的产品，其可靠性得以保证。例如，华中伺服单元中，采用日本富士大功率IGBT模块，其耐压值的欲量是实际使用值的4倍。兰州电机厂的交流伺服电机是引进SIEMENS技术生产的6、，已取得SIEMENS的生产许可证，其可靠性、性能和外观质量等方面均较好。l系统的维护和更新换代方便容易。由于工控机与通用PC微机完全兼容，PC微机的外部设备如显示卡、电子盘、软硬驱动器、网络接口卡，RS232通讯接口、视频功能卡均可直接在华中I型数控系统上使用，这使得华中I型数控系统的维护和更新换代方便容易。随着微型计算机的发展和升级，华中I型数控系统也同时得到升级换代。且用户可非常便利地购置到系统维护所需要的一切配件。l开放性好。由于华中I型数控单元采用基于DOS的软件平台，其软件资源丰富，使得华中I型数控系统的开发环境非常方便友好，且用户可方便地进行二次开发。使得华中I型数控系统可方便地7、与CAD/CAM系统、数字化仿型测量系统、智能化故障诊断与误差补偿系统、网络通讯功能集成化、一体化。l华中I型数控系统在其操作界面上是仿FAUNC的数控系统，其操作习惯和编程语言与FANUC相似。在FANUC运行的G代码数控程序，基本不需修改，可在华中I型数控系统上使用。此外，华中I型数控系统采用汉字用户界面，提供完善的在线帮助功能，便于用户学习和使用。系统提供类似高级语言的宏程序功能。具有三维仿真校验和加工过程图形动态跟踪功能，图形显示形象直观。操作、使用方便容易。l总费用较技术路线一的总费用低。l当设备的使用时间超出保修期，其维修、购买配件、得到技术服务的费用同采用国外系统相比低得多。l完8、备的技术培训系统。我公司定期举办各层次的技术人员培训，具有完整的培训教材、高层次的师资力量和良好的培训设施，可为企业培养各类数控专门人才，为企业的发展增加后劲。本项目的实施过程中，可为用户培养一支数控技术使用和维护的骨干队伍。因此，建议用户企业领导考虑选用该技术路线。2、华中I型数控系统结构详析华中I型数控系统的硬件结构图如上图所示，系统由数控单元、控制电柜和机床三部分组成。数控单元是系统的核心，采用台湾生产的工业PC机，它由CPU模块、14彩色显示器、位置控制模块（或RS-232通信模块）、输入模块、输出模块、多功能模块、网络控制模块（选件）、高抗干扰开关电源构成。数控单元内运行华中I型数控9、软件，通过其内置的位置控制模块和PLC输入/输出模块控制伺服驱动单元，进而控制安装在加工中心上的X、Y、Z、B轴伺服电机和主轴按指定的程序运动。(1) 数控单元lCPU模块：它的CPU为80486，主频为100M，8M的DRAM，具有硬盘和1.44M软盘接口各一个,软盘非常方便的将零件程序读入和写出,RS-232接口两个, 电子盘为1.5M，作用是将DOS和CNC系统控制软件固化，永不丢失，它还存储机床参数，PLC的顺序程序，400K左右的空间存储用户零件程序，比目前系统4K的程序空间大100倍，所有这些信息都断电记忆。l14彩色显示模块：用于CNC系统的坐标和图形显示及交互式人机中文汉字界面10、。l位置控制模块：该模块有三个位置检测接口，采集光电编码器的脉冲信号，作为三个坐标的位置反馈，并有三路D/A输出信号控制速度单元，该模块主要用于HZ-1M系统与伺服驱动单元配套。除本方案中使用的华中全数字交流伺服单元及电机配套外，还可与德国西门子、AMK公司、日本三洋公司、松下公司等的驱动单元配套。此外，还可与我公司的。l输入模块：它是CNC系统内装PLC的硬件输入接口，输入电压为0-24V，最大电流为100毫安，用于操作面板的按钮信号输入、机床的开关检测输入、刀库的检测输入等，这个模块的输入点数为48点，系统可扩展的输入数点为4*64=256点。l输出模块：它是CNC系统内装PLC的硬件输出11、接口，输出电压为2 4V，用于机床继电器控制系统，如换刀时的电磁阀的控制，该模块的输出点数为48点，系统可扩展输出点数为4*48=196点。l多功能模块：该模块主要完成手摇脉冲发生器和主轴的计数，D/A转换输出模拟电压控制主轴的速度。(2) 伺服单元及电机华中伺服单元及电机是系统的可靠运行的最重要的保证。交流伺服单元的反馈为光电编码器，2500个脉冲/每转。系统最小分辩率为0.001毫米。(3) 主轴驱动单元和电机建议用户保留原主轴驱动电机和机械变速机构。(4) 机床部分机械和油路系统的改造除了对设备的电气部分进行改造外，还需对设备进行保养，以恢复该设备的正常工作，具体工作为：l了解设备的结构12、与功能；l完成数控进给轴的拆卸工作；l完成数控进给轴电机与机床部件的联接部分的设计；l改造所需机械零、部件的加工与制造；l完成数控进给轴电机与机床部件的联接的现场安装调试；l双方共同配合，完成机床清洗、安装与调试，恢复机械部分原来的各项运动功能，使机床精度恢复到最佳水平。二、可行性分析与华中I型数控系统的技术特点华中数控系统有限公司是华中理工大学、香港华润机械有限公司、北京科希盟科技集团公司(国家科委)与武汉中南科技实业公司(武汉市科委)联合组成股份制企业。公司现有教授、高工等员工188人。公司在技术上以华中理工大学数控研究所为依托，近年来受到863高科技计划项目、国家与地方的七五、八五攻关项13、目、国家自然科学基金项目的多项资助，取得了多项重大科研成果。所研制的华中I型数控系统于1994年通过了由国家教委主持的技术鉴定，鉴定会认为:“华中I型是我国独创的数控系统，是一项重大科研成果，系统达到国际先进水平，在复杂型面加工和轨迹控制技术方面达到当前国际水平。并在产品化方面取得了重要进展”。由于华中I型数控系统采用以通用工控机为基础的开放式体系结构，具有独特的技术优势，已逐步被我国工业界认可并受到用户欢迎。目前，公司生产的华中I型系列数控系统已成为中国四个主要数控系统之一。在本技术路线中其硬件是我公司的成熟产品，不需重新开发，技术上有保障。仅需按用户的要求重新设计控制电柜中的强电电路和控制14、电柜的机械结构，不存在重大技术障碍。HNC-1M铣床、加工中心数控系统是国家八五重点攻关项目高性能数控系统攻关成果。数控系统可与各种39轴联动的铣床、加工中心配套使用。系统除具有标准数控功能外，还内设二级电子齿轮、内装式可编程控制器。具有双向式螺距补偿、加工断点保护与恢复、故障诊断与显示功能。独创的三维曲面直接插补功能，使用类APT型高级语言，设计数据经少量处理即可直接用于加工，极大简化零件程序信息和加工辅助工作。此外，系统使用汉字菜单，操作方便，可靠性好，具有三维仿真校验及加工过程动态跟踪能力，图形显示形象直观。数控系统的主要功能l控制轴数：9轴/通道，最多16轴l联动轴数：9轴/通道l主轴15、数：1轴/通道，最多为4轴l最小分辨率：1微米l最大编程尺寸：99999.999mml最大移动速度：16m/minl程序校验功能lMDI 功能l直线、圆弧、螺旋线插补l小线段连续高速加工功能l参考点返回l坐标系设定lM、S、T 功能l刀具长度与半径补偿l刀库管理(选件)l双向式螺距补偿l反向间隙补偿l故障诊断与显示功能l用户宏程序l固定循环用户可编程l自动加减速控制(直线/抛物线)l交、直流伺服及步进电机可选l零件程序容量：断电保护128KB-1.44MB可选，加工区2MB-14MB可选，3.5”高密软驱，硬盘(选件)l三维彩色图形动态仿真加工过程和实时跟踪(选件)l数字化仿型功能(选件)l内16、部二级电子齿轮l内装式软件PLCl输入/输出点高达96点，并可扩展为384点lPLC轴控制功能lPLC C语言编程l外部报警显示功能HNC-1P数字化仿形加工数控系统是将数控系统与仿形系统集成化、一体化的控制系统，可与各种加工中心、数控铣床和仿形铣床等配套使用。采用华中I型数控系统作为各种底层驱动和接口，与通用数控系统完全兼容，系统既可作为标准铣削数控系统使用，又具有行切方式的一维仿形、XY平面整圆周二维仿形、以及XY平面与Z轴联动的三维仿形等功能。该系统既可使用用户提供的仿形测头，也可根据用户需求，配套提供我公司的HNC-C3D型模拟式三维接触测头和HNC-L3D型三维激光非接触测头。系统还17、可作为数字化测量装置对实物模型进行数控测量，并且可根据测量数据，生成曲面的几何模型，也可自动生成凹模、凸模、比例变换后的标准加工G代码。系统具有仿形速度快、加工精度高、集成度高和功能强的特点。主要性能指标： 具备通用数控加工功能，与HNC-2000M加工中心完全兼容 最高仿形加工速度：500mm/min 仿形测量采样频率：300点/秒 仿形加工精度：0.05mm 仿形测量精度：0.01mm 最大移动速度:16m/min 一维ZX ZY平面+行进给仿形 二维XY平面内任意曲线仿形 三维XY平面内任意曲线+Z轴层进给仿形 三维空间清根仿形加工(三轴联动) 仿形测量坐标系设定 快速建立仿形工作初始状18、态 无须人工干预，自动仿形测量或加工 仿形过程速度自适应控制 比例缩放与凸、凹模转换 (选件) 机床运动手持有线遥控器 毛坯粗加工手动/仿形组合控制功能 测量数据与通用CAD/CAM系统接口 (选件) 测量数据生成数控加工G代码 (选件) 仿形轨迹三维彩色图形动态跟踪显示 友好的用户界面，简单的操作控制 适用于多种测头，可配测头如下： Renishaw的SP2型模拟式三维接触测头 华中HNC-C3D型模拟三维接触测头 华中HNC-L3D型三维激光非接触测头 3DSCANNER型激光非接触测头 ANR1282型激光非接触测头三：系统配置与价格清单产品序号名 称数量价格(人民币)1华中I型铣削数控19、单元，包括：1.工业控制机：l19上架式标准结构；l14 彩色显示器；l配置486 CPU；l4 MB RAM；l安装3.5 1.44MB软盘驱动器；l1GB硬盘；l11槽工控机箱(含开关电源)；l两组薄膜键盘，配以接地金属网；2.伺服控制模块(4轴)；3.伺服主轴控制模块；4.华中I型高性能铣削数控系统软件(三轴联动控制)；1350002内置PLC输入卡 (48通道)；130003内置PLC输出卡 (48通道)；130004X、Y、Z轴进给驱动系统：l 华中11型数字式交流伺服驱动单元(X、Y、Z轴)l 7.5KW电源模块；l 兰州电机厂交流伺服电机 (Z轴抱闸) (27、27、37(带抱闸20、)，2000转/分) 323840005伺服变压器；1100006电器控制柜：l 工程面板: 控制按扭、急停按扭、进给修调波段开关、手摇脉冲发生器等(工程面板按用户的要求设计)l 操纵台或吊挂箱；l 电源变压器；l 直流电源；l 继电器、接触器、电源保护电路等；l 强电柜；l 电柜组装等。1200007工程实施费用(设计、调试、培训、不可预见费用等)1200008管理费、税费和利润200009部分机械的设计与改造2000010技术文档：编程手册、使用手册、操作手册、电气控制柜原理图10合计215000注：1. 若配置10.4 TFT彩色液晶显示器，在上述报价的基础上上浮10000元；2交货期：3个月；工程实施验收：4个月；3. 运输方式：自提，代办托运。4若采用西门子伺服驱动单元和伺服电机，则在以上报价基础上上浮48000元。选件：仿形数控系统1三坐标数控仿形软件 1150002英国Renishaw高精度三维仿形测头、球头测指(2支)1900003仿形头接口电路 115000合计120000注：1.若采用华中三维仿形测头，则在以上价格的基础上下浮40000万元。武汉华中数控系统有限公司 1999年7月20日