摘　要：电气改造工程的硬件设计工作与机床制造厂新设备的电器硬件设计工作有相似之处，也有较大的不同。最主要的不同是体现在设计电气原理图时控制要求来源的不同。新机床的控制要求来自机械结构设计部门的解释。容易全面理解。而旧设备改造，辅以操作者口述的间接途径，更多的是需要设计者从旧机床的原理图及旧机床资料中自己读出它的控制要求。

      1、　电气改造工程执行前的设备状况

   
　　该设备是武汉江汉石油仪器仪表厂于上世纪九十年代初从德国进口的精密加工机床。为工厂生产服务已近三十年的时间。由于企业管理完善，设备长时间得到保养，设备及附件的整体性能不错，完整程度比较高，而且设备机械部分的精度保持很好。在这些设备仪器上仍然可以寄加工出高精度的产品零件。但是设备毕竟时间久远，且受到空气等腐蚀该设备在电气控制部分上问题较多，有些问题还很严重。比如：数控系统经常不知原因的死机、黑屏。电柜内的控制器件因老化经常出现故障、机床电缆也老化破损严重导致产生误动作。由于设备电气控制部分故障的原因经常导致机床加工中断、或产生不合格产品。再者时间久远，系统的备件供应困难，维修费用不断增高。设备经常处于停机待维修状态。

     2　、设备电气改造的可行性探讨及数控系统的选型

　　鉴于该设备机械部分的良好状态，加工工艺范围也非常适合工厂生产产品的需求。与其将钱花费在不断增高的电气备件维修上，不如一次性投入将包括数控系统在内的所有电气部分更换一新，恢复机床原有的全部功能。考虑到数控系统正常的使用周期一般在十年左右，在机械部分正常保养和使用的情况下，改造后设备在十年内将不会有大的维修费用支出。在不用投入很多费用进行机械翻新的前提下，进行或不进行电气改造的判断就很容易的被得出了。

　　使用什么品牌的数控系统及其配套产品来替换原有的产品，我们进行了较长时间的思考。原因有很多方面，首先我们希望使用具有良好稳定性的名牌进口数控系统，因为硬件的可靠性和稳定性是第一位的。其次在系统的编程及使用上，要求能与旧的数控系统在功能上相匹配，如：自动选择切入、切出封闭轮廓的轨迹编程，拥有在钻孔方向自动递减的深孔钻削循环，拥有多种组合形状和加工顺序的阵列孔加工等先进功能。其次要与其他配套产品的配套可靠性要好，性能发挥充分。如：数控系统同伺服驱动系统及电机、数控系统同位置测量系统、数控系统与可编程控制器等。最后整体配套费用也应是被考虑的因素。综合几方面的情况，也有对同样是德国制造的信任，我们经过不断对比分析，最终选择了德国海德汉公司生产的TNC 320 数控系统，该设备海德汉LS1378C 直线型光栅尺、内装型PLC 可编程控制器及ROD700 角度编码器。配套日本安川公司生产的CIMR-F7M 系列的主轴驱动器及电机、安川生产的SGDM系列进给轴伺服放大器及电机。

     3　、电气改造工程的硬件设计

　　旧主轴的驱动使用的是4KW 的双速控制三相异步电机，用PLC控制的继电器逻辑进行电机的正/ 反转、平滑启动、及快慢速控制。主轴换挡使用三个可正/ 反向旋转的直流电机带动机械拨叉进行齿轮级的切换。配合主轴电机的双速控制，可实现机床加工主轴40 到4000 转速范围内的21 级固定转速变化。操作控制时操作者需在控制系统上对应输入21 个命令代码，PLC 控制进行电机的速度选择及相应档位的切换动作。

　　　由于旧主轴电机故障频繁，维修费用较高。再者这种输入21 个命令代码的操作方式也很繁琐，不及现在流行的转速直接输入方式先进。改造时我们首先选用了伺服驱动主轴电机代替了旧的三相异步电机，提高了控制特性。其次由于机械结构不易改动的原因，齿轮切换的驱动方式没有改变，但由以前的21 级齿轮变换减少到3 级。在各级转速范围内利用驱动器的变频调速功能实现无级调速，这样由以前的21 级速度控制升级到范围内的全速度控制。最后，为了避免这种改动造成主轴扭矩的损失，我们在两个方面采取了相应措施：经数据测算优化3 档的分级范围；经数据测算选用更大功率的主轴电机。保证了主轴扭矩输出在工作范围内不低于原有的指标。

      4、　电气改造工程的配线施工：

　　首先进行的是旧数控系统及相关部分的拆除、旧伺服系统的拆除、电机的拆除、控制元器件的拆除、电柜配电盘的清理、机床外围电缆电线的拆除等等清理工作。在清理工作的过程中有条件让我们进一步分析、理解原机床的设计控制思想，及时修改在设计阶段产生的技术错误。在这之后，开始进行新系统的安装、电机的安装、位置检测器件的安装、控制元器件的安装等工作。在中间不断有需要根据现场情况，临时做工艺技术调整的状况。最后，进行新系统各部分的电气互连。由于电气改造工程的独特性，我们的设计资料不可能像新机床设计那样出具非常全面的电气互联图，也不可能出具机床电气分部份详细的接线图。全部电气图纸以能满足现场施工配线为目的。具体走线等电气工艺问题需要现场施工人员凭经验解决。

     5　、电气改造工程的软件调试

　　这是整个电气改造工程最为重要的过程，先前所有的在技术上的准备，都要在这个阶段落到实处。机床参数要进行精调，用以配合该机床的机械特性，产生最佳的加工效果。各种原机床可以实现的功能都要一一调试出来，PLC 程序要进行全面的修改和补充，所有碰到的技术问题都无法回避，必须依次彻底解决。具体讲也可分为几个阶段：

　　（1）将机床调试成为普通铣床。各进给轴应能正常运行，回零、限位保护都可实现，进给轴在各种速度下运行都应平稳。主轴换挡功能的实现，正/ 反转平稳，主轴动态响应参数要进行优化，进给轴的优化，主轴的松紧刀控制，液压系统的起停控制，导轨润滑的定时控制等等。
 

　（2）在第一步的基础上进一步将机床调试成为加工中心机床。实现主轴的定向功能，实现刀库旋转的回零功能、手动旋转功能、自动寻刀旋转功能、换刀机械手地初始化、换刀机械手的手动分解动作、自动换刀动作的联动、与刀库的换刀点调整、等等。

　　（3）将机床调整为全闭环控制。调整机床参数消除运行震动。调试机床附件、全闭环回转工作台。调试机床加工冷却系统。调试机床门开关与保护功能。

     6、　改造完成的验收和结果

　　该机床经过电气改造后，经过多次试验顺利完成了工厂内部的全部验收工作，机床全部控制功能都已可靠地实现。试验结果用事实证明了最终电气改造工作验收合格。现在该机床正在加工车间为工厂的产品生产可靠的服务着。