（东风本田发动机有限公司，广东省广州市 510700）
摘要：针对我厂TSV-C37加工中心所使用的YASNAC i80数控系统所存在的问题，选用三菱M64S数控系统对其进行替换改造，结合改造工程中的设备特点及现场使用实际需求重新设计电气图纸、编写逻辑控制程序、设定新系统的运动控制参数等进行项目实施，改造后效果良好。
关键词：数控系统 三菱 加工中心 改造 M64S 安川
公司低缸体生产线、传动轴内接头生产线和传动轴星型套生产线各有一台MECTRON的TSV-C37型加工中心是20世纪90年代引进的日本进口机床。设备机械精度良好，但由于数控系统使用年限日久，存在板卡老化、内存不足等问题已不能满足现场生产的实际要求，影响了正常生产的进行及新产品生产的投入，且由于该系统已停产，在维修保养、备件购置方面成本也较高，急需对其进行改造。
该加工中心使用YASNAC i80系统，共X、Y、Z三个直线轴，一个主轴，均由交流伺服电动机驱动，另有APC（自动托盘交换）机构和刀库旋转机构，由变频器控制的交流电动机驱动。
1 改造方案设计
1.1数控系统改造
综合考虑我公司的实际使用需求、人员技术能力、改造成本等方面后，选用三菱M64S系列CNC系统替换原YASNAC i80数控系统；用三菱MDS-R系列伺服驱动器配HF154系列电机驱动X、Y、Z三个直线轴，其中垂直轴Z轴选用HF154BS型带制动器的电机；用三菱MDS-B-SPJ2系列主轴驱动器配SJ-PF系列主轴电机驱动主轴。而APC及刀库旋转机构与新系统可以兼容，使用也仍比较稳定，暂毋须进行系统更换。
1.2电气系统改造
更换数控系统后，由于新旧系统在信号接口、特殊信号点、外围信号标识等方面都存在较大差异，需对整机的电气系统进行重新布局与接线。外围的信号传感器、水泵电机等电气元件仍用回原来的，仅对接线进行适应性改造。
1.3硬件机构改造
原机床在使用中加工精度稳定，经检查各轴丝杠、导轨等机械部件完好，三菱HF154系列电机的安装尺寸与原安川电机安装支架也刚好匹配，因此在硬件机构方面毋须进行太大改动。最主要的改动是由于三菱HF154电机输出轴连接方式与原安川电机有所不同，需重新制作联轴器进行连接。
2 三菱M64S数控系统简介
三菱MELDAS 64S系列数控系统是采用三菱的先进技术而开发出的新一代产品，采用64比特RISC处理器，具备目前世界上最高水准的硬件性能。
2.1 系统结构
2.1.1 系统组成
三菱M64S系统由控制装置、通讯终端、I/O装置、驱动装置和马达构成，有助于最佳的系统构筑。此外还可选用CC-Link、以太网等网络装置，提供更佳的系统环境。
2.1.2 系统连接
三菱M64S系统各组成部分的连接框图如图1所示。
c．字编辑
除以往的编辑功能外，还可进行以字为单位的程序编辑。这种功能可用于以字为单位的删除、替换和插入，更便于编辑程序。
d．图形描绘功能
可以对反映工件坐标和刀具补偿的刀尖轨迹，进行跟踪显示。
e．波形显示
可通过双通道同时显示主轴和伺服轴的状态变化。在同步攻丝过程中，还可以波形显示主轴和攻丝轴位置的偏差（同步误差）。
f．接口诊断
便于对PLC所使用的寄存器和各种信号进行监视和设定。
g．扩展的缓冲区修正
在自动运转或MDI运转过程中发生错误时，此功能可通过单程序段停止来对出错程序段进行修正，NC不必复位即可重新开始运转。
2.2.3 编程性
三菱M64S系统内置了强大的功能指令，可以以较简单的程序实现复杂加工，特别是与YASNAC i80系统相比较具有绝对的优势。例如在传动轴星型套的加工中，刀具需要在处于同一圆周上的6个点进行定位加工，如果是在YASNAC i80系统中，只能逐个计算每个点的坐标再分别进行程序编写来实现，而三菱M64S系统具有程序坐标旋转功能，只要确定其中1个点的坐标，其余的通过G68指令就可以方便地实现坐标的旋转。
图3 传动轴星型套
3 改造方案实施
3.1 硬件改造
3.1.1 电机安装
为缩减改造工作量，M64S系统匹配的伺服电机选取了安装尺寸与原机床基本一致的型号。仅进行联轴器替换及少量的机械件修改后完成了新系统伺服电机的安装。
3.1.2 电气改造
M64S系统与YASNAC i80系统的控制电平、I/O标识符和系统通信接线方面存在不一致，更换系统后使用流行的EPLAN Electric P8软件重新绘制了电气图纸，对部分线路进行了适应性的优化。依据新绘制的电气布局图和接线图完成了新系统的电气安装和布线。
3.2 软件改造
3.2.1 逻辑控制程序改造
PLC控制程序是数控机床外围动作的软件核心，是连接NC和车床的桥梁，也是机床电气设计人员调试机床的关键。但因为I/O定义、程序编码等都不一样，旧系统PLC控制程序不能直接移植到新系统，必须重新编制逻辑程序实现机床加工的各种动作和功能。
a．基本动作和功能的PLC程序设计
依据M64S系统PLC的编程特点，进行了PLC程序基本框架的构建。在此基础上，使用特殊的地址定义与使用功能指令相结合，实现了机床的基本动作和功能。
b．自动换刀动作的PLC程序设计
机床刀具交换装置的基本情况是：刀库为步进电机控制的能正反双向旋转的盘形刀库，换刀具体步骤为：①Z轴上升；②刀库刀夹夹紧刀具，同时主轴松开刀具；③主轴吹气（吹出粉尘，铁屑）；④Z轴继续上升至第二原点；⑤刀库旋转选刀；⑥Z轴下降；⑦主轴夹紧刀具，同时刀库刀夹松开。其中②⑦两步为机械结构实现，不需程序控制。
在刀库旋转选刀动作中，控制程序沿用原机床的设计，使用1个传感器信号判断刀库旋转到位，用4个传感器信号进行编码判断刀库停止时的刀号。使用ROT指令判断刀库的正反转，实现最优路径控制。当刀库停止时刀号编码等于T指令刀号时，刀库停止转动。
整个自动换刀动作的实现思路如下：加工程序发出换刀指令，PLC读取指令刀号后调用换刀子程序实现Z轴上升、刀库旋转、判断指令刀号与刀库刀号相等时刀库停转、Z轴下降、程序返回主程序。整个过程思路清晰，动作安全可靠。
c．增加简易操作功能的PLC程序设计
在不改变原机床功能的情况下，利用PLC程序实现了部分简易操作的功能，如：使用DDB功能指令调用加工程序，实现使用机种选择旋钮调用加工程序的功能，增强操作简易性的同时减少了调错程序导致撞机的几率。
3.2.2 参数设定
原YASNAC i80系统参数缺少相应的说明资料，参考价值不大，安装M64S新系统后必须根据机床机械特性重新设置各种参数并调试。
a．基本参数设定
参照M64S参数说明书的标准参数设定值，结合机床实际情况，实现数据显示、数据传输、I/O接口、各轴进给动作和主轴旋转等基本功能。
b．特性改善
针对各轴运动过程中的共振现象，对电流环增益、位置环增益等参数进行了微调，并设置了共振抑制器的相关参数，消除了轴共振的现象。同时根据现场生产工艺和节拍要求，对各轴加减速时间、钳位速度、定位宽度、位置环增益等参数进行调整，在稳定性、运算时间和加工精度三者之间寻找到一个最佳的平衡点。
图4 振动波形
图5 调整后波形
c．特殊功能扩展
针对现场加工工艺要求的攻丝固定循环、程序坐标旋转等功能进行相应的参数设定与调整，保证现场加工的各项要求。
4 改造效果
4.1 操作性
改造后设备操作方式基本没有改变，原来的操作者很快掌握了基本的加工操作。在此基础上设备增加了报警复位、机种选择旋钮自动调用程序、一键回原点、完善的中文报警信息等功能，简化了部分操作步骤，具有更强的操作性。
4.2 加工性能
改造后加工中心加工WQ、RAA等各机种工件，经检具检测及三坐标测量全部合格，加工精度达到μm级。
加工节拍各机种测计亦均达到改造前水平，满足现场生产要求。
4.3 改造前后效果对比
改造后的机床在程序容量、操作性、编程性能，维修人员熟练度、备件购买等方面都有了很大程度的改进。改造前、改造后以及购买新机床（预期效果）的各方面对比如图6所示。
图6 效果对比
5 结束语
使用三菱M64S系统成功替换了YASNAC i80系统，对现场使用的TSV-C37加工中心进行了数控系统的改造，改造后个方便性能均满足生产现场的实际需求。经过近半年的使用，改设备运行稳定、状态良好。
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论文作者:胡俊
论文发表刊物:《科技新时代》2018年11期
论文发表时间:2019/1/11
标签：系统论文; 程序论文; 机床论文; 加工论文; 功能论文; 主轴论文; 数控系统论文; 《科技新时代》2018年11期论文;