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【摘要】：国内早期的数控机床进入了更新阶段，本文介绍了使用国产华中数控系统改造进口设备的过程，更新控制系统、伺服驱动、I/O单元、伺服电机等的改造方案和具体实施内容，最终便其成为性能稳定、可靠性和加工效率高、能广泛满足各种加工要求的数控设备。
【关键词】：机床改造 控制系统 伺服驱动
引言
LANCE2000机床是1999年由美国辛辛那提公司进口的数控机床，是一台数控三坐标立式加工中心，该机床经过长时间的运转使用，机床控制系统老化，电气控制故障率逐年上升并且加工精度低，但机械部分基本完好，精度较高，主要是由于数控系统出现问题又难以购置配件，不能满足正常生产的需要和现代高精度、高速度和高可靠性的加工要求。
经过认真分析和调研，多方面考虑后，最终决定使用武汉华中数控股份有限公司的华中数控系统，旨在通过此次改造，提升数控机床的综合性能，减少故障率、提高加工效率，为国产数控系统改造机床作一次实践性的探索，为以后相关项目提供实用性的借鉴。
正文
1.改造内容
LANCE2000机床是上世纪末期美国辛辛那提公司自主研发生产，采用ACRAMATIC2100控制系统，使用触摸屏和手持单元配合操控，CINCINNATI MILACRON BDS4、PSR4系列驱动器，主轴电机40KW，转速为0～6000RPM，，进给轴采用VICKERS系列电机，扭矩30NM。根据机床现在的结构和特点，以及华中数控提供的技术参数，该机床的改造采用HNC-818B/M型HMI数控系统，伺服驱动选用HSV-180UD-150（100）型，输入输出模块选用NCUC HIO -1011N（1021N），及更换伺服电机和主轴电机，重新布置电气柜，更换相应的电气元件。
2.更新数控系统
2.1华中HNC-818B/M数控系统简介
数控系统的更新是数控机床改造中的主要内容，更新后的数控系统应采用最新的控制技术，根据技术革新的发展方向.及时地提高生产设备地自动化水平和效率.提高设备档次，将旧设备改成当今水平的设备。
华中HNC-818B/M型HMI数控系统采用10.4彩色液晶屏、1G内存、支持2G的CF卡、基于工业现场总线，全汉字操作界面，三维图形加工轨迹显示与仿真，具备故障诊断与报警功能，插补周期为0.5～4ms，最小输入单位为1/10000，最多可附加8个进给轴和2个主轴，PLC程序为梯形图显示，具有在线监控和修改功能，及其它关于进给和主轴的各项辅助功能等，主要适用各类数控铣床。
2.2 华中数控系统机床参数
机床参数设置和调整是数控系统更新中的重要工作，华中HNC-818B/M型数控系统的参数包括监控数据、用户数据、坐标轴数据、补偿数据、接口数据等，机床参数设置和调整涉及系统本身的性能和功能，并影响到机床的机械特性和工作精度。
2.2.1 参数的数据类型：
华中2HNC-818B/M系统会根据不同情况规定不同的参数类型，在参数设置界面会给出相应的提示，具体的参数类型包括以下几种：
（1）整型INT4：参数值只能为整数；
（2）布尔型BOOL：参数值只能是0或1；
（3）实数型REAL：参数值可以为整数，也可以为小数；
（4）字符串型STRING：参数值为1—7个字符的字符串；
（5）16进制整型HEX4：参数按16进制数输入和显示；
2.2.2 参数访问级别与修改权限
（1）各级别参数必须输入相应口令登陆后才允许修改与保存。
（2）高级别登陆后允许修改低级别参数。
（3）固化参数（访问级别5）不允许人为修改，由机床厂家固化在系统中。
3.更新PLC输入输出模块
在HNC-818B/M系统的PLC控制中，采用了HIO-1000A 系列的输入输出功能模块，数字量的输入输出模块正面有与模块地址相对应的LED，用来显示模块上的各数字量的信号状态。
本次改造采用HIO-1009底板模块、HIO-1061通讯模块（NCUC总线）各一块，HIO-1011N输入模块（16路NPN型开关量）、HIO-1021N输出模块（16路NPN型开关量）各两块，HIO-1000A 需单独开关电源供电，开关电源+24V，且输出功率大于50W。I/0 输入流小于20mA； I/O 输出每路最大负载100mA。5、机床调试
机床改造中，在硬件连接完成后，要通过参数调整来匹配机床的控制性能，如进给速率、加减速控制、响应速度、增益调整、行程限制、丝杠螺距误差补偿以及精度调整等等。
3.1插补周期设定
插补周期是指CNC插补器进行一次插补运算的时间，通过调整该参数可以影响加工工件表面精度，插补周期越小，加工出来的零件轮廓平滑度越高，反之越低。插补周期受插补运算时间和系统位置控制周期的影响。虽然通过降低插补周期的手段可以提高加工工件表面平滑度，但是减小插补周期的同时CNC进行插补运算的负荷也会加重。参数编号：000001，单位：us，根据本机床的机械性能，其数值为1000。
3.2 电子齿轮比
电子齿轮比由分子（位移）和分母（脉冲）两部分组成。对于直线轴而言，分子是用来设置电机每转一圈机床移动的距离，即是mm* Parm000008，Parm000008 是“长度计算分辨率”。对于旋转轴而言，分子是用来设置电机每转一圈机床移动的角度，即是deg* Parm000009，Parm000009 是“角度计算分辨率”。分母则是用来设置电机每转一圈所需要的脉冲指令数。齿轮比分子参数编号：100004，齿轮比分母参数编号：100005，单位：um或0.001度。 在机床使用光栅尺测量系统时，该齿轮比分子可设置为1，对应的电子齿轮比分母设置为-1。当使用编码器测量系统时，需根据机床实际丝杠螺距以及电机具体参数修改。根据本机床参数，齿轮比分子数值为12000。电子齿轮比分母数值为131072.
3.3 回参考点模式
HNC-8 系列数控系统可以有多种回零方式。如下：
0： 绝对编码： 2： + -； 3： + - +； 4： 距离码；
参数编号：100010，本机床配置有相对光栅尺，采用撞块回零方式，选用方式2. 在回参考点方向，以回参考点高速搜索参考点，在压下参考点开关以后，以回参考点低速继续移动，直到系统检测到第一个Z 脉冲位置，再偏移一个参考点偏差的位置（Parm100013中的设定值），即为参考点位置。
3.4 屏蔽光栅尺反馈
本机床X、Y、Z均为光栅尺全闭环反馈，只有在机床全闭环出现问题时（如光栅尺损坏或校正反向间隙）会改为半闭环，对于维修具有一定意义，以X轴为例，相关参数修改如下：
100004 电子齿轮比（分子） 1→12*103
100005 电子齿轮比（分母） -1→131072
100010 回原点方式 3→0
100067 轴每转脉冲数 12000→131072
100094 编码器计数位 0→29
100275 STB状态控制字 0x4000→0x0000
设备接口参数：（设备7为X轴 8为Y轴12为主轴）
507010 1→2
507015 12000→131072
507016 2→3
3.5 螺距误差补偿
机床调试完成后，要使用激光干涉仪校正机床的定位精度，将误差值写入螺距误差补偿值中，300020参数取值含义如下：
0：螺距误差补偿功能禁止
1：螺距误差补偿功能开启，单向补偿
2：螺距误差补偿功能开启，双向补偿
具体的误差补偿步骤如下：
加工界面—设置—权限管理—取得机床厂权限—系统参数—正确输入各个轴的误差补偿相关参数—复位生效—打开数据表参数—从300026内设置的起始点开始输入各点的误差补偿值—保存—复位生效—螺距补偿配置完毕。
结论
经过安装调试，LANCE2000机床几何精度合格，试切件通过检验，各项技术指标达到使用标准，现已正式投入加工生产。改造后机床功能丰富、性能稳定可靠、操作方便，而且加工精度和效率明显提高，这次成功的尝试，为今后数控机床的使用、维修、改造提供了更多的选择。
参考文献：
1.王爱玲 白恩远编著 《现代数控机床》北京 国防工业出版社 2003年
2.王洪波编著 《数控机床电气维修技术》北京 电子工业出版社 2007年
3.华中数控 《华中8型数控系统参数说明书》武汉 华中科技大学科技园 2012年
【关键词】：机床改造 控制系统 伺服驱动
引言
LANCE2000机床是1999年由美国辛辛那提公司进口的数控机床，是一台数控三坐标立式加工中心，该机床经过长时间的运转使用，机床控制系统老化，电气控制故障率逐年上升并且加工精度低，但机械部分基本完好，精度较高，主要是由于数控系统出现问题又难以购置配件，不能满足正常生产的需要和现代高精度、高速度和高可靠性的加工要求。
经过认真分析和调研，多方面考虑后，最终决定使用武汉华中数控股份有限公司的华中数控系统，旨在通过此次改造，提升数控机床的综合性能，减少故障率、提高加工效率，为国产数控系统改造机床作一次实践性的探索，为以后相关项目提供实用性的借鉴。
正文
1.改造内容
LANCE2000机床是上世纪末期美国辛辛那提公司自主研发生产，采用ACRAMATIC2100控制系统，使用触摸屏和手持单元配合操控，CINCINNATI MILACRON BDS4、PSR4系列驱动器，主轴电机40KW，转速为0～6000RPM，，进给轴采用VICKERS系列电机，扭矩30NM。根据机床现在的结构和特点，以及华中数控提供的技术参数，该机床的改造采用HNC-818B/M型HMI数控系统，伺服驱动选用HSV-180UD-150（100）型，输入输出模块选用NCUC HIO -1011N（1021N），及更换伺服电机和主轴电机，重新布置电气柜，更换相应的电气元件。
2.更新数控系统
2.1华中HNC-818B/M数控系统简介
数控系统的更新是数控机床改造中的主要内容，更新后的数控系统应采用最新的控制技术，根据技术革新的发展方向.及时地提高生产设备地自动化水平和效率.提高设备档次，将旧设备改成当今水平的设备。
华中HNC-818B/M型HMI数控系统采用10.4彩色液晶屏、1G内存、支持2G的CF卡、基于工业现场总线，全汉字操作界面，三维图形加工轨迹显示与仿真，具备故障诊断与报警功能，插补周期为0.5～4ms，最小输入单位为1/10000，最多可附加8个进给轴和2个主轴，PLC程序为梯形图显示，具有在线监控和修改功能，及其它关于进给和主轴的各项辅助功能等，主要适用各类数控铣床。
2.2 华中数控系统机床参数
机床参数设置和调整是数控系统更新中的重要工作，华中HNC-818B/M型数控系统的参数包括监控数据、用户数据、坐标轴数据、补偿数据、接口数据等，机床参数设置和调整涉及系统本身的性能和功能，并影响到机床的机械特性和工作精度。
2.2.1 参数的数据类型：
华中2HNC-818B/M系统会根据不同情况规定不同的参数类型，在参数设置界面会给出相应的提示，具体的参数类型包括以下几种：
（1）整型INT4：参数值只能为整数；
（2）布尔型BOOL：参数值只能是0或1；
（3）实数型REAL：参数值可以为整数，也可以为小数；
（4）字符串型STRING：参数值为1—7个字符的字符串；
（5）16进制整型HEX4：参数按16进制数输入和显示；
2.2.2 参数访问级别与修改权限
（1）各级别参数必须输入相应口令登陆后才允许修改与保存。
（2）高级别登陆后允许修改低级别参数。
（3）固化参数（访问级别5）不允许人为修改，由机床厂家固化在系统中。
3.更新PLC输入输出模块
在HNC-818B/M系统的PLC控制中，采用了HIO-1000A 系列的输入输出功能模块，数字量的输入输出模块正面有与模块地址相对应的LED，用来显示模块上的各数字量的信号状态。
本次改造采用HIO-1009底板模块、HIO-1061通讯模块（NCUC总线）各一块，HIO-1011N输入模块（16路NPN型开关量）、HIO-1021N输出模块（16路NPN型开关量）各两块，HIO-1000A 需单独开关电源供电，开关电源+24V，且输出功率大于50W。I/0 输入流小于20mA； I/O 输出每路最大负载100mA。5、机床调试
机床改造中，在硬件连接完成后，要通过参数调整来匹配机床的控制性能，如进给速率、加减速控制、响应速度、增益调整、行程限制、丝杠螺距误差补偿以及精度调整等等。
3.1插补周期设定
插补周期是指CNC插补器进行一次插补运算的时间，通过调整该参数可以影响加工工件表面精度，插补周期越小，加工出来的零件轮廓平滑度越高，反之越低。插补周期受插补运算时间和系统位置控制周期的影响。虽然通过降低插补周期的手段可以提高加工工件表面平滑度，但是减小插补周期的同时CNC进行插补运算的负荷也会加重。参数编号：000001，单位：us，根据本机床的机械性能，其数值为1000。
3.2 电子齿轮比
电子齿轮比由分子（位移）和分母（脉冲）两部分组成。对于直线轴而言，分子是用来设置电机每转一圈机床移动的距离，即是mm* Parm000008，Parm000008 是“长度计算分辨率”。对于旋转轴而言，分子是用来设置电机每转一圈机床移动的角度，即是deg* Parm000009，Parm000009 是“角度计算分辨率”。分母则是用来设置电机每转一圈所需要的脉冲指令数。齿轮比分子参数编号：100004，齿轮比分母参数编号：100005，单位：um或0.001度。 在机床使用光栅尺测量系统时，该齿轮比分子可设置为1，对应的电子齿轮比分母设置为-1。当使用编码器测量系统时，需根据机床实际丝杠螺距以及电机具体参数修改。根据本机床参数，齿轮比分子数值为12000。电子齿轮比分母数值为131072.
3.3 回参考点模式
HNC-8 系列数控系统可以有多种回零方式。如下：
0： 绝对编码： 2： + -； 3： + - +； 4： 距离码；
参数编号：100010，本机床配置有相对光栅尺，采用撞块回零方式，选用方式2. 在回参考点方向，以回参考点高速搜索参考点，在压下参考点开关以后，以回参考点低速继续移动，直到系统检测到第一个Z 脉冲位置，再偏移一个参考点偏差的位置（Parm100013中的设定值），即为参考点位置。
3.4 屏蔽光栅尺反馈
本机床X、Y、Z均为光栅尺全闭环反馈，只有在机床全闭环出现问题时（如光栅尺损坏或校正反向间隙）会改为半闭环，对于维修具有一定意义，以X轴为例，相关参数修改如下：
100004 电子齿轮比（分子） 1→12*103
100005 电子齿轮比（分母） -1→131072
100010 回原点方式 3→0
100067 轴每转脉冲数 12000→131072
100094 编码器计数位 0→29
100275 STB状态控制字 0x4000→0x0000
设备接口参数：（设备7为X轴 8为Y轴12为主轴）
507010 1→2
507015 12000→131072
507016 2→3
3.5 螺距误差补偿
机床调试完成后，要使用激光干涉仪校正机床的定位精度，将误差值写入螺距误差补偿值中，300020参数取值含义如下：
0：螺距误差补偿功能禁止
1：螺距误差补偿功能开启，单向补偿
2：螺距误差补偿功能开启，双向补偿
具体的误差补偿步骤如下：
加工界面—设置—权限管理—取得机床厂权限—系统参数—正确输入各个轴的误差补偿相关参数—复位生效—打开数据表参数—从300026内设置的起始点开始输入各点的误差补偿值—保存—复位生效—螺距补偿配置完毕。
结论
经过安装调试，LANCE2000机床几何精度合格，试切件通过检验，各项技术指标达到使用标准，现已正式投入加工生产。改造后机床功能丰富、性能稳定可靠、操作方便，而且加工精度和效率明显提高，这次成功的尝试，为今后数控机床的使用、维修、改造提供了更多的选择。
参考文献：
1.王爱玲 白恩远编著 《现代数控机床》北京 国防工业出版社 2003年
2.王洪波编著 《数控机床电气维修技术》北京 电子工业出版社 2007年
3.华中数控 《华中8型数控系统参数说明书》武汉 华中科技大学科技园 2012年