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主流数控系统在实际应用中的表现

主流数控系统在实际应用中的表现 2011年12月03日 来源： 先进数控系统与数控机床使现代化加工飞速进步。零件越来越复杂，工序要求越来越少，自动化/柔性化程度越来越高、产品质量要求越来越高、生产成本一降再降……在汽车制造业的大批量生产线上，现代化数控系统和数控机床优越的加工性能、高品质的加工精度、高效的自动化程度、可迅速调整变更产品的灵活性等特点得到了极大的发挥，尤其是发动机关键零部件的制造，更加突显了其优势。当前，第六代数控系统以西门子的840D和810D数控系统为代表，它的硬件结构更加简单、紧凑、模块化，软件内容更加丰富，功能更强大，代表并引领着当今数控技术的发展方向。发那科0i和21i数控系统也很典型，其最新开发的是18i系统，稳定易用，实用性很强，应用非常广泛。三菱电机M60S数控系统的替代品——C70适用于大规模生产线，其最新推出的M70/M700可更广泛地用于多种机械加工。三菱电机还与山崎马扎克合作，开发了Mazatrol Fusion 640数控系统。Mazatrol Fusion 640数控系统以其高品质的运动控制性能和先进的信息化、智能化功能在技术上同样居于世界领先地位。目前国内中高端用户大多采用的即是西门子、发那科、三菱电机等这些国际知名公司的数控系统，尤其是在汽车及零部件制造业这样的大规模生产线上，这些品牌的数控系统占据着中高端的主流市场，其他国内外多种品牌特别是经济性数控系统在中低端市场则有百花齐放之势，还有很多专用数控系统亦是各有用武之地。数控系统将来发展的主要目标是进一步降低价格，提高可靠性、拓宽功能、提高操作舒适性、集成性、系统柔性和开放性，减小体积等，最终提高数控机床的生产能力。当然，实际生产中，生产单位现场数控机床、数控系统的维修和调整问题还是比较频繁的，这些问题带来的维修费用和停产损失一直是生产单位十分头痛和无法承受的损失，生产单位迫切希望供应商、代理商能积极地帮助解决这些问题，特别是加强技术和应用方面的培训，包括操作、编程、调整和维修等。另外，用户对备件储备、快速响应服务等也提出了一些期望。本期数控系统技术论坛，且听汽车行业用户代表对于他们各自所用数控系统的点评。江西昌河铃木汽车有限责任公司九江公司设备保全处高级主管邹建文先生我所在的江西昌河铃木汽车有限责任公司九江公司于2003年全面启动建设，总投资21.16亿元，总体规划为年产汽车20万辆、发动机30万台。2005年，我公司一期工程建成投产，目前的主要产品是LIANA轿车（两厢、三厢）和K14B发动机，2008年的产量是发动机7.2万台左右、轿车2.3万辆左右。我公司拥有多条机加生产线，设备非常先进，目前共有数控机床70多台，其中有大约1/3的数控机床是欧洲一些国家的厂商生产的，所配备的数控系统是西门子840D系统，另外大约2/3的数控机床是日本厂商生产的，所用的数控系统是发那科18i系统。从2005年5月生产线投产使用到现在，单从数控系统来看，我们认为：西门子840D系统技术先进、功能较强、程序比较完善；发那科数控系统的稳定性发挥得特别好，而且NC程序也比较容易理解。西门子840D数控系统显著的技术优势在于计算机化，驱动的模块化，控制与驱动接口的数字化，这也代表着当今数控技术的发展方向。它的硬件结构更加简单、紧凑、模块化；软件内容更加丰富，功能更强大。西门子840D与西门子611D伺服驱动模块及西门子S7－300PLC模块构成的全数字数控系统，可用于完成CNC连续轨迹控制以及内部集成式PLC控制，其典型特征是具有大量的控制功能，如钻削、车削、铣削、磨削以及特殊控制，这些功能在使用中不会有任何相互影响。当然，相对来说，西门子数控系统价格较高，在我厂的实际生产运行中稳定性不够好，特别是电源模块和伺服驱动模块容易烧坏，20多套系统一年大约会发生3～4次此类情况，对我们的生产影响较大。在这几年的大批量生产中，发那科数控系统的稳定性发挥得特别好，而且NC程序也比较容易理解，价格也较便宜。发那科数控系统的特点是性能稳定，操作界面友好，系统在设计中大量采用模块化结构，各个控制板高度集成，使可靠性有很大提高，而且便于维修、更换。发那科数控系统具有很强的抵抗恶劣环境影响的能力，其工作环境温度为0～45℃，相对湿度为75％，可以在较为宽泛的环境中使用，对于电压、温度等外界条件的要求不是特别高，对自身的系统采用了比较好的保护电路，因此适应性很强。对于实际生产中的数控系统发生的问题，我们现在已在国内找了一些专业的维修公司修复烧坏的西门子电源模块和伺服驱动模块，费用比较合理而且工时比较短。长远考虑，我们还是希望西门子数控系统的代理商能够在国内多储备一些备件，包括品种和数量。此外，我们希望西门子公司和发那科公司能为我们多提供数控维修方面的专业培训，并且尽量少收费甚至免费。另外，我们还希望他们能将所有技术资料进行汉化，这样更有利于其技术和产品的推广。上海通用东岳动力总成有限公司工厂运行部设备维修主管吴涛先生上海通用东岳动力总成有限公司是继上海通用汽车公司金桥动力总成厂之后的第二个动力总成生产基地，具备发动机制造、自动变速器制造、铸造、锻造、铸铝五大工艺能力，其中发动机和自动变速器这两个制造车间各具有60万台（套）/ 年的生产能力。我公司发动机和自动变速器这两个制造车间拥有多条机加工生产线，数控机床采用的数控系统中，西门子840D、发那科16/18/16i/21i 数控系统占整个车间数控系统的80％以上，以下就对这两个主流数控系统在我公司实际运行中的表现作简要评述。西门子数控系统与发那科数控系统都是很好的系统，占据了当前国内大部分的中高端数控系统市场份额，两相比较，各有千秋。西门子数控系统技术先进，功能强大，但对环境要求比较高，发那科数控系统适用性强，能更好地用于一般工业环境。发那科数控系统一般都有隔离电源（三相 380V变 200V），而西门子数控系统直接用工业380V电源，因此前期我公司所运用的数控系统中，西门子数控系统在电源和伺服的故障率上要略高于发那科数控系统，针对西门子数控系统对工业电源质量更为苛刻的要求，我公司在后期购买设备时特意要求设备制造商额外加上一个隔离变压器来给系统供电，此后西门子数控系统在电源和伺服的故障率有了明显的减少。另一方面，发那科在各系统的延续性上做得比较好，无论是以前的发那科16/18，还是最新的发那科16i系统，绝大多数参数配置和操作画面都一样，因此，设备的维护和操作人员更容易上手；西门子数控系统最突出的优势在于功能非常丰富和强大，它是一个全数字化、高度开放的系统，因此，设备制造商可以比较容易地在进行二次开满足不同的应用需求。对于我公司数控系统在实际生产运行中常出现的问题，绝大部分情况下，数控系统故障主要有伺服系统故障、发那科系统主轴驱动故障以及返回参考点时出现偏差等数控系统共性问题等三大类。伺服系统故障时数控系统会报警提示，如过电流报警、过热报警、发那科不能准备好系统就报警显示401或403（伺服VRDY OFF）等，伺服系统还会出现飞车（一开机电机速度很快上升，因系统超差报警而停止）、系统发出指令后伺服单元或伺服电机不执行等故障。发那科系统主轴驱动故障常见过热报警、直流侧保险烧断报警、缺相、过速度报警、过载报警、直流侧高电压报警、CPU报警等，偶尔会出现主轴不转但系统无任何报警显示的情况。 两种数控系统的共性问题有：返回参考点时出现偏差，全闭环时系统震荡、响声大，机床爬行等。系统问题还出现过发那科系统在手动、自动方式下机床都不能运转的情况。针对以上问题，我们都已有较成熟的原因分析经验及相应的检查和解决方案，一般都能顺利解决，尽快恢复正常运行。北京福田环保动力股份有限公司制造部加二车间维修主任师赵建平先生在20世纪80年代中后期，数控设备和大型加工中心进入我国机械制造行业，初期主要是从德国、日本、美国引进设备。当时，德国设备采用西门子 SINUMERIK 8系统和西门子 SINUMERIK 3系统及Uni－pro80r系统（德国HELLER公司的一种用于曲轴、凸轮轴铣床和车－车拉机床的数控系统）；日本设备采用发那科 6系统发那科 3系统及发那科 7系统；美国设备采用辛辛那提950系统和发那科系统。我公司的曲轴加工线是20世纪90年代从德国、美国引进设备组建而成的生产线。2001年进行了技术改造升级，现在，数控机床占有率达85%以上，主要使用西门子 SINUMERIK 3G、西门子840D、发那科 0i、Uni－pro80r数控系统。以下以该曲轴加工线的关键设备为例介绍数控系统在实际应用中的情况。在我们的曲轴加工线上，来自德国NAXOS UNION公司的数控主轴颈多砂轮磨床、止推面磨床、连杆颈磨床是保证曲轴加工精度的关键设备。这几台机床均使用西门子 SINUMERIK 3G数控系统。该数控系统是磨床专用系统，加工精度高、程序调用方便，NC通用数据及参数存储在EPROM中，PLC选用SIMATIC S5 115U，PLC程序存储在EPROM中，加载方便，不会因误操作而删除或改动，总体上，系统抗干扰能力和带点能力都很强，日常使用中极少出现问题。使用上的缺点是在维修过程中监视PLC程序必须通过PG编程机，修改PLC程序需先对EPROM进行紫外线擦除。经过16年的使用，这些机床的NC控制板已进入老化期，有时会出现一些特殊问题。例如：在电池电压正常的情况下，NC参数和PLC程序丢失，CRT屏幕无任何显示，这种状况通常情况下是因为ＮＣ数据存储板或系统母板损坏或断线所致，要减少系统故障只要一两年对ＮＣ系统做一次清理维护，并保证系统风扇和空调正常，就可使类似问题大幅降低。外围电路中，中间继电器、电流监视继电器、电压监视继电器等装置在长期使用过程中触点接触电阻增大，也会带来一些故障和报警，正常情况下系统都会有提示，问题出现时找到产生问题的根源并彻底解决。此外，在长期使用过程中，机床液压和润滑系统也要定期检修、清理，以免油管内有结蜡现象从而堵塞润滑油路分配器造成机械部分润滑不良、阻力增大，使驱动器电流过大发热，甚至毁坏驱动器。在上述机床的数控系统升级改造时，我们认为应最好采用当前最先进的西门840D数控系统，电机与机床连接较为吻合，外部采样信号基本相同，PLC选用SIMATIC S7 300可与SIMATIC S5 115U PLC程序进行转换，这样总体改动较小。当然，要想使数控机床长期处于稳定状态，必须认真消化技术资料，做好日常保养、维护工作，定期对系统、电路部分进行检修，及时发现并解决小问题，将故障隐患消灭在萌芽状态，为正常生产运行提供保障。(end)

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