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      摘　要：電氣改造工程的硬件設計工作與機床制造廠新設備的電器硬件設計工作有相似之處，也有較大的不同。最主要的不同是體現在設計電氣原理圖時控制要求來源的不同。新機床的控制要求來自機械結構設計部門的解釋。容易全面理解。而舊設備改造，輔以操作者口述的間接途徑，更多的是需要設計者從舊機床的原理圖及舊機床資料中自己讀出它的控制要求。

      1、　電氣改造工程執行前的設備狀況

   
　　該設備是武漢江漢石油儀器儀表廠于上世紀九十年代初從德國進口的精密加工機床。為工廠生產服務已近三十年的時間。由于企業管理完善，設備長時間得到保養，設備及附件的整體性能不錯，完整程度比較高，而且設備機械部分的精度保持很好。在這些設備儀器上仍然可以寄加工出高精度的產品零件。但是設備畢竟時間久遠，且受到空氣等腐蝕該設備在電氣控制部分上問題較多，有些問題還很嚴重。比如：數控系統經常不知原因的死機、黑屏。電柜內的控制器件因老化經常出現故障、機床電纜也老化破損嚴重導致產生誤動作。由于設備電氣控制部分故障的原因經常導致機床加工中斷、或產生不合格產品。再者時間久遠，系統的備件供應困難，維修費用不斷增高。設備經常處于停機待維修狀態。

     2　、設備電氣改造的可行性探討及數控系統的選型

　　鑒于該設備機械部分的良好狀態，加工工藝范圍也非常適合工廠生產產品的需求。與其將錢花費在不斷增高的電氣備件維修上，不如一次性投入將包括數控系統在內的所有電氣部分更換一新，恢復機床原有的全部功能。考慮到數控系統正常的使用周期一般在十年左右，在機械部分正常保養和使用的情況下，改造后設備在十年內將不會有大的維修費用支出。在不用投入很多費用進行機械翻新的前提下，進行或不進行電氣改造的判斷就很容易的被得出了。

　　使用什么品牌的數控系統及其配套產品來替換原有的產品，我們進行了較長時間的思考。原因有很多方面，首先我們希望使用具有良好穩定性的名牌進口數控系統，因為硬件的可靠性和穩定性是第一位的。其次在系統的編程及使用上，要求能與舊的數控系統在功能上相匹配，如：自動選擇切入、切出封閉輪廓的軌跡編程，擁有在鉆孔方向自動遞減的深孔鉆削循環，擁有多種組合形狀和加工順序的陣列孔加工等先進功能。其次要與其他配套產品的配套可靠性要好，性能發揮充分。如：數控系統同伺服驅動系統及電機、數控系統同位置測量系統、數控系統與可編程控制器等。最后整體配套費用也應是被考慮的因素。綜合幾方面的情況，也有對同樣是德國制造的信任，我們經過不斷對比分析，最終選擇了德國海德漢公司生產的TNC 320 數控系統，該設備海德漢LS1378C 直線型光柵尺、內裝型PLC 可編程控制器及ROD700 角度編碼器。配套日本安川公司生產的CIMR-F7M 系列的主軸驅動器及電機、安川生產的SGDM系列進給軸伺服放大器及電機。

     3　、電氣改造工程的硬件設計

　　舊主軸的驅動使用的是4KW 的雙速控制三相異步電機，用PLC控制的繼電器邏輯進行電機的正/ 反轉、平滑啟動、及快慢速控制。主軸換擋使用三個可正/ 反向旋轉的直流電機帶動機械撥叉進行齒輪級的切換。配合主軸電機的雙速控制，可實現機床加工主軸40 到4000 轉速范圍內的21 級固定轉速變化。操作控制時操作者需在控制系統上對應輸入21 個命令代碼，PLC 控制進行電機的速度選擇及相應檔位的切換動作。

　　　由于舊主軸電機故障頻繁，維修費用較高。再者這種輸入21 個命令代碼的操作方式也很繁瑣，不及現在流行的轉速直接輸入方式先進。改造時我們首先選用了伺服驅動主軸電機代替了舊的三相異步電機，提高了控制特性。其次由于機械結構不易改動的原因，齒輪切換的驅動方式沒有改變，但由以前的21 級齒輪變換減少到3 級。在各級轉速范圍內利用驅動器的變頻調速功能實現無級調速，這樣由以前的21 級速度控制升級到范圍內的全速度控制。最后，為了避免這種改動造成主軸扭矩的損失，我們在兩個方面采取了相應措施：經數據測算優化3 檔的分級范圍；經數據測算選用更大功率的主軸電機。保證了主軸扭矩輸出在工作范圍內不低于原有的指標。

      4、　電氣改造工程的配線施工：

　　首先進行的是舊數控系統及相關部分的拆除、舊伺服系統的拆除、電機的拆除、控制元器件的拆除、電柜配電盤的清理、機床外圍電纜電線的拆除等等清理工作。在清理工作的過程中有條件讓我們進一步分析、理解原機床的設計控制思想，及時修改在設計階段產生的技術錯誤。在這之后，開始進行新系統的安裝、電機的安裝、位置檢測器件的安裝、控制元器件的安裝等工作。在中間不斷有需要根據現場情況，臨時做工藝技術調整的狀況。最后，進行新系統各部分的電氣互連。由于電氣改造工程的獨特性，我們的設計資料不可能像新機床設計那樣出具非常全面的電氣互聯圖，也不可能出具機床電氣分部份詳細的接線圖。全部電氣圖紙以能滿足現場施工配線為目的。具體走線等電氣工藝問題需要現場施工人員憑經驗解決。

     5　、電氣改造工程的軟件調試

　　這是整個電氣改造工程最為重要的過程，先前所有的在技術上的準備，都要在這個階段落到實處。機床參數要進行精調，用以配合該機床的機械特性，產生最佳的加工效果。各種原機床可以實現的功能都要一一調試出來，PLC 程序要進行全面的修改和補充，所有碰到的技術問題都無法回避，必須依次徹底解決。具體講也可分為幾個階段：

　　（1）將機床調試成為普通銑床。各進給軸應能正常運行，回零、限位保護都可實現，進給軸在各種速度下運行都應平穩。主軸換擋功能的實現，正/ 反轉平穩，主軸動態響應參數要進行優化，進給軸的優化，主軸的松緊刀控制，液壓系統的起停控制，導軌潤滑的定時控制等等。
 

　（2）在第一步的基礎上進一步將機床調試成為加工中心機床。實現主軸的定向功能，實現刀庫旋轉的回零功能、手動旋轉功能、自動尋刀旋轉功能、換刀機械手地初始化、換刀機械手的手動分解動作、自動換刀動作的聯動、與刀庫的換刀點調整、等等。

　　（3）將機床調整為全閉環控制。調整機床參數消除運行震動。調試機床附件、全閉環回轉工作臺。調試機床加工冷卻系統。調試機床門開關與保護功能。

     6、　改造完成的驗收和結果

　　該機床經過電氣改造后，經過多次試驗順利完成了工廠內部的全部驗收工作，機床全部控制功能都已可靠地實現。試驗結果用事實證明了最終電氣改造工作驗收合格。現在該機床正在加工車間為工廠的產品生產可靠的服務著。