DECKEL—FP4CC 数控铣Z轴伺服驱动技术改造(全文)

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摘要： deckel-fp4cc 数控铣是90年代生产的设备，由于Z轴伺服电机故障而无法使用，且同型号电机已不生产，经多个方案比较，以松下伺服驱动系统替代原Z轴伺服系统，改造后机床运行良好，为老机床解决相似故障提供一种借鉴和思路。

Abstract： DECKEL-FP4CC NC milling machine is produced in 90's，which could not operate because of the fault of Z axis servo motor， and same type motor had no production， so the Panasonic servo drive system substitute for Z axis servo system， and after the transformation， the machine runs well， providing a useful reference for the old machine tool to solve the similar fault.

关键词： DECKEL-FP4CC数控铣；松下伺服驱动系统替代；技术改造

Key words： DECKEL-FP4CC NC milling machine；Panasonic servo drive system substitution；technological transformation

中图分类号：TG547 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）10-0035-02

1 设备简介

DECKEL-FP4CC数控铣是德国DECKEL公司90年代生产的设备，该数控铣数控系统采用DECKEL公司专用的数控系统，控制软件采用DECKEL公司自己开发的DIALOG 11 CNC控制软件，伺服驱动系统采用BOSCH SM系列伺服模块，伺服电机采用SIEMENS 1FT系列电机，位置反馈采用HEIDENHAIN系列光栅尺，组成全闭环伺服系统。该设备机械性能稳定，精度较高。CNC系统采用菜单操作方式，各种诊断齐全，使用方便。在我公司使用近二十年。该设备一直较稳定，但再好的设备也有出问题的时候，去年该设备在工作中Z轴出现报警，经过技术人员检查，发现Z轴伺服电机损坏，经过咨询西门子公司，同型号的电机已不生产，也没有替代产品，考虑到该设备机械性能稳定，几何精度没有丧失，公司决定对其进行改造。

2 改造方案的选择

方案1：保留原机床机械结不变，保留原来的光栅反馈系统，拆除原CNC系统、驱动模块和伺服电机。采用成熟的数控系统和伺服驱动对该机床进行全面的升级改造，费用大约需25万左右，改造周期大约两个月。

方案2、保留原机床机械结构和CNC系统不变，保留X、Y轴和主轴驱动不变，只拆除Z轴驱动和伺服电机。只对Z轴驱动模块和Z轴电机进行技术改造。由于原CNC系统伺服控制采用模拟量控制，故这个方案较易试验，费用大约只4万元，改造周期二周。

方案1虽成熟，没有风险，但费用较多，周期较长，且该机床已使用近二十年，机械性能虽然较稳定，但也接近寿命期，花费是否值得。方案2费用低，周期短，也不改变原操作界面和习惯，使用方便，但原CNC系统与新配的驱动系统之间能否对接，由于没有成熟的经验，存在一定的风险。虽然方案2存在风险，经综合考虑决定采用方案2。

3 改造方案的实施

3.1 技术准备

3.1.1 分析原机床原理图原机床的CNC控制系统采用DECKEL DIALOG11数控系统，CNC与Z轴驱动模块信号如图1。①速度模拟量信号±10VDC。②伺服使能信号24VDC。③伺服驱动模块到CNC系统的信号只有两个伺服故障报警信号BT1和BT2（24VDC）。④光栅位置反馈信号直接接入CNC系统。⑤PLC输出的Z轴电机的刹车信号（24VDC）。

3.1.2 伺服模块及电机的选择根据原来CNC驱动信号的要求，选择技术成熟先进的松下伺服驱动系统，型号MFDDTB3A2。根据原电机扭矩和速度的要求，选择与只配套的伺服电机：型号MSMA502P1H功率5KW电压3相200VAC电流28.5A转速3000r/min，自带反馈编码器和24V抱闸。

3.2 线路设计及安装

3.2.1 线路设计由于MFDDTB32伺服模块供电电压为3相200V，要增加一台3相380V变3相200V 5KVA的变压器T3。伺服模块报警输出端只有一个，可以接一个24V继电器Kin1，再利用Kin1的两对触点做BT1和BT2的输入。PLC输出的驱动使能信号连接一个继电器Krun1，Krun1的触点连接24V到MFDD模块的运行控制端。电源直接从原电源模块前接入，增加一个14A的负荷开关QF3用于保护。电气原理如图2。

3.2.2 电气安装原控制柜内空间较大，在柜底适当位置安装变压器T3，伺服模块安装在柜内后板上，适当位置装负荷开关QF3和继电器Kin1和Krun1，走线注意电磁干扰。

3.2.3 机械安装由于原滚珠丝杠与电机采用同步带传动，不改变原主从同步轮的齿比，由于新的电机比原来的电机尺寸要小很多，必须重新制作电机安装法兰和电机轴安装同步轮的衬套，具体尺寸实际测绘。

3.3 伺服模块参数设定和调试

3.3.1 主要参数设定在按下紧停按钮情况下机床通电，新的伺服模块上电，设定伺服模块的参数：参数Pr02设为1，表示 S模式（速度控制模式）。Pr21设为6（惯量自动学习）。参数Pr50为速度控制模拟电压值，单位为（r/min）/v，它的大小决定着Z轴运行速度的准确度。Pr50值与Z轴的最高G0速度S、Z轴丝杠螺距T、模拟量最大电压值V、主从同步轮的齿比P有关，如下公式：Pr50﹦S÷T÷P÷V。在此机床中S=10000mm/min，T=10mm，V=10v，P=1/2，故Pr50=200。参数Pr51设定速度模拟电压的方向，如果实际运行方向与理论给定方向不一致，请改变这个参数设定0或1。

3.3.2 上电调试松开紧停按钮，其他轴伺服上电，新的伺服模块使能加上，检查抱闸信号，确认抱闸松开（通电前可以在Z轴下方垫一块枕木，防止意外滑落），将进给倍率调到最小，点动Z轴上升，同时观察实际位置和理论显示是否变化，确认Z轴实际上升，但Z轴上升到一定距离就出现Z轴跟随误差过大报警。将显示屏幕切换到跟随误差监视界面，发现随Z轴移动距离越大，Z轴跟随误差就越大，这说明实际速度与理论速度有误差，伺服模块的参数Pr50设定不正确。仔细检查各个参数的选择，发现丝杠螺距测量不正确，应该是8mm而不是10mm。Pr50应设为250。修改参数后Z轴运行平稳，定位准确，满足生产要求。

4 总结

这次改造技术可能不是最先进的和最好的，但达到了原来预想的目的，为公司节约了改造经费，为老机床解决相似故障提供一种借鉴和思路。

参考文献：

[1]宋涛，张清泉，张勇，安晨辉，张飞虎.基于PMAC的直线电机进给控制系统研究[J].航空精密制造技术，2009（05）.

[2]程登元.一种双电机消隙伺服系统[J].雷达科学与技术，2009（05）.

DECKEL—FP4CC 数控铣Z轴伺服驱动技术改造

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