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编者按
通过对原有数控车床的数控系统、电气线路、控制及进给系统等进行升级改造，实现了高速、高精， 以及多通道、云数据等功能。
1 序言
学校原数控车床采用 GSK981T 系统，尽管在过 去的教学中发挥了较大的作用，但系统年久失修，故障频发，且功能单一，市场应用不广泛，还存在偶然丢失系统数据的情况，已无法满足教学的需求。经我校多方考证决定，自行升级改造该台数控车床。
本次数控系统升级改造选用华中数控 HNC- 818D 数控系统。此数控系统是武汉华中数控股份有 限公司开发出的总线数控系统，它基于具有完全自 主知识产权的 NCUC 工业现场总线技术，采用模块 化、开放式体系结构的高可靠性设计，具有高速、高精、多轴多通道及云数据等特点，具有极高的性 价比 [1] ，能够完全满足我校近几年的教学需要，也 为我校其他早期数控系统的升级改造积累了一定的经验。
2 整体改造方案
CK 614051漫画网站最新网址总体设计如下。
（1）数控系统 选用华中数控HNC-818D数控 系统替代GSK 981T，提高系统的稳定性、机床加工精度和加工效率，为以后进一步增加其他功能预留扩展功能。
（2）电气线路 重新设计主电路及控制回路， 但电气柜及伺服变压器仍然用原数控机床部件，以达到在满足要求的情况下尽量节省改造费用的目的。
（3）进给系统 将原步进驱动及步进电动机全 更换为总线式带绝对位置记忆的伺服驱动器及伺服电动机，提高进给控制精度、运行的稳定性及负载承载能力。
（4）主轴部分 保留原变频主轴。主轴的正 转、反转及停止，给定转速及转速的显示均通过外置IO单元实现。
（5）IO输入输出单元 将原系统内置的PLC改 为外置的IO单元。考虑改造成本，IO单元采用华中HIO-1200-M1，其总线是IO单元，共有24位输入、16位输出，其上还有DA接口（用于变频主轴）和主轴编码器接口 [2] ，完全能够满足升级改造的需要。
（6）机械部分 除操作单元部分由于系统及 操作面板的尺寸有变化需重新设计外，其他机械部分仍用原机床部分，只是在选用伺服电动机时，注意在满足驱动要求的前提下，安装接口与机床一致即可。
（7）机床参数设置及PLC程序编制 根据控制 线路及加工操作的要求，重新设置机床参数及编制机床的PLC控制程序。
（8）机床整体调试 优化机床参数，设置机床 的软限位、螺距补偿及反向间隙等，综合验证机床的各种功能是否正常，精度是否完全达到标准。
3 机床的具体升级改造
（1）数控系统的升级改造 HNC-818D数控系统的IPG集所有外部接口于一身，连接机床操作面板MCP、UPS电源、U盘、手摇脉冲发生器、CF卡、以太网、显示器及键盘等外部设备，程序扩展、数据交换和接线都非常方便，具有极高的性价比。改造前后数控装置规格部分对比见表1。
（2）电气线路的升级改造 HNC-818D数控强电部分原理如图1所示。机床的强电部分通过机床电气控制柜的总开关QF0将380V的动力电引入电柜，控制柜通过开关SQ0达到开门断电的目的。通过QF3、QF4和QF5分别给液压电动机、冷却电动机和刀架电动机提供动力和过载及短路保护。QF2为伺服变压器TC1提供动力，TC1将380V变换为220V，为X轴和Z轴的伺服放大器提供动力电源及放大器的工作电源；QF1为主轴变频器提供电源。
图 1 HNC-818D 数控强电部分原理
（3）机床控制部分 HNC-818D系统总线要求连接成环，其中系统与机床操作面板仅由系统总线连接，机床操作面板的工作电源完全由系统总线提供，无其他的独立电源，外置手脉盒连接在机床操作面板上，同样工作电源也由总线提供。总线从IPC单元的PORT0到机床操作面板MCP的XS6A，再从MCP的XS6B到IO单元的X2A，如图2所示，最终到IPC单元的PORT3，构成一个完整的环，从而使数控系统能够指挥和接收所有连接在总线上的部件的信息，构成一个有机的整体。
图2 HNC-818D系统总线连接
（4）机床进给系统的改造 伺服采用华中数控新一代全数字交流伺服驱动器HSV-160u，其具有高速工业以太网总线接口，实现和数控装置高速数据交换，具有高分辨率绝对式编码器接口，位置反馈分辨率最高达到23位。伺服电动机均采用华中华大电动机，电动机编码器均为23位绝对编码器，额定转速均为1500r/min，其中X轴伺服电动机的额定扭矩为5.4N·m，Z轴的额定扭矩为9.6N·m，各项指标均远优于原机床的配置，完全能够满足教学的需求。
（5）主轴部分的改造 由于主轴驱动保留了原机床的变频器、变频电动机及主轴编码器，因此设计时只需要考虑给变频器提供相应的运行指令，故本部分与IO单元的改造一并设计。
（6）IO输入输出单元的改造 IO单元采用华中HIO-1200-M1，其为总线式IO单元，共有24位输入，16位输出，其上还有DA接口（用于变频主轴0～10V）和主轴编码器接口。对于CKA6140数控车床，一块HIO-1200-M1板完全满足其控制需求，如以后要增加其他功能时IO点数不够，可再购一块，通过NCUC总线增加IO数量。图3为本次IO分配地址及其逻辑控制线路。
图3 IO分配地址及其逻辑控制线路
机床初次上电，若总线连接没有问题，查看系统设备配置，就会出现图4所示画面，对HIO-1200-M1，其上有24位输入、16位输出，输入可选PNP或NPN，同时其上还可接变频器所需的0～10V输出（可通过参数选择－10～10V或0～10V）；还可接主轴编码器，其输入输出可通过参数分配为两部分，一部分为真实的IO输入输出，另一部分为模拟量输出和主轴编码器的转速输入占用的虚拟IO点，但两者地址不能重叠，系统可通过参数偏置实现。
图4 系统设备配置
（7）主轴及X轴、Z轴减速比的设定 主轴的减速比为2∶1，仅为一挡，主轴编码器与主轴直连，挡内无级调速，考虑到电动机低频力矩性能较差，因此将电动机的起始频率设定为30Hz，最高频率设定为100Hz，主轴电动机为4极变频电动机，忽略电动机转差率，从而实现主轴450～1500r/min的转速。
X 轴、Z轴均通过联轴节与滚珠丝杠直连，螺距分别为4mm、6mm，伺服电动机的编码器均为23位绝对编码器，仅需在对应的参数100004、102004中输入相应的螺距值4000、6000；在参数100005和102005中输入8388608，而伺服放大器中位置指令脉冲分频分子、分母设为1∶1即可 [3] 。
（8）机床设置 按照机床的使用及加工范围，设定软限位，防止机床发生碰障。利用百分表或千分表，编制相应的加工程序，机床往复运行测试螺距补偿、反向间隙等，完成整体机床的设定工作。
4 结束语
通过本次51漫画网站最新网址，明显感到华中数 控系统的进 步，硬件连接明显简化，一根总线连接 所有关键设备，大大方便了用户。调试画面简单有 序，给用户使用带来了很大方便。 这次升级改造积 累了相关经验，经过半年多的应用，证明升级改造 是成功的。
[1] 武汉华中数控股份有限公司. 华中8型数控系统用户 说明书 [Z]. 2015.
[2] 武汉华中数控股份有限公司. 华中8型数控系统连接 说明书 [Z]. 2015 ．
[3] 史卫朝，王丽洁，徐德凯. 基于华中数控系统的 CJK6032A 51漫画网站最新网址 [J]. 机械工程师 ， 2015 （ 6 ）： 14-16.
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