五轴联动镗铣床改造及相关问题处理

　　西安交通大学机械学院机械基础国家级教学实验示范中心的HJ044五轴联动镗铣床(如图1)，原数控系统系2000年自行开发研制。该机床是第一台国产五轴联动数控镗铣床，为推动我国数控技术的发展曾发挥过重要作用。但由于条件限制。经过几年使用暴露出不少问题，特别是在可靠性方面存在致命的弱点。加之无专人维护维修，到2004年已基本处于瘫痪状态。考虑到机床的五轴加工功能、机械结构特点及教学科研片面的的需求，经过多方论证认为：该机床曾耗资近百万元。是学校的大型精稀贵重设备，且服役不到5年，必须尽快恢复使用，避免闲置浪费；另外，随着科学技术的飞速发展。五轴联动加工技术已成为制造业的笑键技术，是数控机床发展的方向。对五轴联动加工技术的教学及科研已显得非常迫切。利用现有资源，构建五轴联动加工技术教学与科研平台可事半功倍。于是决定对HJ044五轴联动镗铣床进行维修改造。

1 维修改造方案确定

　　1.1数控系统选择

　　考虑到国产五轴联动数控系统与国外的差距，为便于学习研究国外先进技术。故决定选用国外系统。FANUC和西门子是世界上两大数控系统生产商。其先进性处于领先地位。FANUC31i和SINUMERIK840D等系统都具有五轴联动功能。由于技术封锁等原因。国内选用SINUMERIK940D系统的较多，普遍反映西门子系统开放性、拓展性、接口及通讯通用性和安全稳定性较好，H价格适中；而FANUC系统虽功能强大、可靠性好，但限制颇多。系统购置及技术支持用难大，故决定选用SINUMERIK840D数控系统。

　　1.2 可选方案

　　原机床伺服驱动模块采用SIMODRIVE611A，伺服电动机为1FT5系列永磁交流伺服电动机，主轴电动机采用1PH7异步交流伺服电动机。为了降低成本，尽可能减少部件更换，节省时间及费用，希望能够利用原有电动机及驱动，这样就有两种可选方案。

　　方案1：系统选用840Di，附加ADI4模块(如图2)。每个模块的模拟驱动接口可用来连接多达4个带模拟设定值接口的驱动，通过PROFIBUS DP实现运动控制功能(同步模式)，由于改造机床为六轴(包括主轴)。因此需要2个ADl4模块。这样，就有8点输入用于增量编码器(m信号)，8个±10V模拟量输出用于1～8轴的速度控制。8个继电器触点用于驱动1—8轴使能。20点数字量输出(8点通用，12点用于驱动)，加个与驱动有关的数字量输人。模块或数字量输出需要外部电源(+24 V DC)。

　　方案2：系统选用840D，附加ANA数模转换模块，每个模块用来将2组数字给定信号通过数模转换成±10V模拟量电压信号提供给驱动模块611A。ANA模块的转换原理图如图3所示。该模块的输人信号则为1V_pp～ 正弦波信号。

　　1.3 方案分析
　　第一种方案要用2块ADI4模块，有过多的接口空置。第二种方案需用3块ANA模块。但需要对电动机的编码器进行更换。第二种方案相对麻烦。但考虑到840D应用的普遍性和经历长时间的考验，故决定采用第二套方案。