淺談西門子數控系統在機床改造中的應用

摘要：本文講述了SINUERIK 802C系統在機床改造中的應用，并對具體的調試及參數設定作了一定說明。

關鍵詞：SINUERIK;802C;調試;參數設置

一、改造前機床概況

該機床是我校從云南CY集團數控公司購買的。該機床原數控系統配置為中國航天總公司二院706所推出的普及型數控系統，由于設備購置早，數控系統版本低，生產廠家已經停產，同時其操控系統已不適應當前主流系統的操作方式，影響學生今后的工作，我們根據實際情況進行了仔細討論和分析，決定對該機床進行改造。

二、改造方案

1. 數控系統及驅動

經過反復比較，我們選擇了SINUERIK 802C數控系統。該系統核心部件PCU（面板控制單元），將CNC，PLC人機界面和通訊等功能集成于一體，可靠性高，易于安裝。

SINUERIK 802C可控制3個進給軸和一個模擬主軸，SINUERIK 802C也集成了內置PLC系統，對機床進行邏輯控制，采用標準的PLC編程語言進行控制邏輯設計，并且隨機提供標準的PLC子程序庫和實例程序，簡化了設計過程，縮短了設計周期。

2. 機械部分

該機床大部分機械性能都非常完好，無需作較大的更換或修復，只是該機床原采用電動卡盤，從實際使用情況來看，夾緊效果不理想，故利用這次改造機會將電動卡盤更換成手動卡盤。

3. 電氣部分

原機床電氣控制線路較復雜，改用西門子802C數控系統后，可大大簡化控制線路，提高了線路的穩定性。實際線路作如下改進：

（1）拆除大部分無用的連接線，僅保留部分輸入輸出控制信號。如刀架控制信號、限位控制信號等。

（2）原控制信號為負極性的，改為正極性的輸入輸出信號。

（3）采用兩臺24伏電源盒，一臺用于主機供電，另一臺為輸入輸出提供電源。

（4）原驅動控制線和位置反饋線采用九針插頭，現改為符合西門子要求的15針插頭。

三、改造措施及主要內容

1. 改造后，整體連接的結構圖如下所示：

（根據調試手冊的說明連接好各硬件設施，調試前應仔細檢查連接有無錯誤。）

2. 電氣配置及基本參數的設定

NC調試過程主要包括系統初始化和基本參數的設定。其中，系統基本參數主要有：位置控制使能、齒輪傳動比、坐標速度和加速度、回參考點等。

采用SINUERIK 802C系統所使用的PLC非常簡單方便而且靈活，系統采用plc802編程工具可以使用梯形圖編制用戶程序。在CD盤工具盒中配備“plc802文件庫”，其中包含了子程序，并且給標準的車床和銑床分別配置了編程實例。由于本次改造的機床為標準的車床，在應用過程中只需對其車床的編程實例作一些簡單地修改和擴展即可完成所需要的plc程序。在子程序中，根據不同功能分別進行了定義，主要包括系統初始化、急停處理、傳送控制面板的i/o狀態到接口、各坐標軸控制、定時、潤滑控制、冷卻控制等。

3. 在改造中應注意以下問題

(1)系統首次上電進行的次調試時，必須設定一些重要的plc機床數據。如設定機床類型、設定系統參數等。在調試時如果驅動器沒有就緒，可以將PLC機床參數MD14512(16)的位0設定為1，這樣可以退出急停。在驅動器調試完畢后，需將參數位重新設置為0。

(2)當使用雙極性主軸時，Q0.0，Q0.1無定義，當使用單極性主軸時，Q0.0，Q0.1必須從PLC程序中去除，否則會損壞系統。

(3)在PLC程序中，其中有一程序涉及到確定車床和銑床的邏輯關系，所以該處應做恰當地調整和修改。

四、系統調試

1. 系統上電

在系統送電前，仔細檢查接線，保證無接線錯誤，避免燒壞模塊。

2. 參數設置

（1）PLC參數設置

系統起動后，出現700000用戶報警，將PLC參數MD14510[0]設置為1，即車床情況。重啟系統，又會出現許多用戶報警，設置PLC參數MD14510[10]=17，MD14510[11]=23，MD14510[14]=21，MD14510[15]=19，MD14512[0]=AFH，MD14512[1]=1H，MD14512[2]=B0H，MD14512[5]=2H，MD14512[7]=5H等，消除相應報警。

（2）坐標參數設置

X軸和Z軸配置基本一致，所不同的是Z軸電機帶抱閘，而X軸不帶抱閘，但此并不影響參數設置，只是PLC程序作了不同的處理。故此處只講X軸參數的配置，以免贅述。

X軸參數主要有以下配置：

參數設置根據調試情況可作適當調整，直到機電均運行良好。坐標的運動是由PLC控制的，PLC判斷檢測外部信號，如果具備條件，X坐標就可以運行了。

為了增加安全性，除了硬限位外，還可設置軟限位。參數MD36100，MD36120為一、二級負軟限位；參數MD36110，MD36130為一、二級正軟限位。這些可根據工作需要設置。軟限位在回參考點之后才生效。

（3）主軸參數設置

該機床需要加工螺紋，所以主軸安裝了編碼器。主軸參數配置如下：

通過以上參數設置，主軸可以在點動模式下運行了。

（4）參考點參數設置

為了使系統在開機以后能夠立即精確地識別機床零點，必須使系統與進給軸或主軸的位置測量系統進行同步，該過程就是回參考點過程。802C系統的很多功能都建立在參考點的基礎上。如自動方式，MDA方式，LEC補償等，只有在回參考點后才能操作生效。

該機床回參考點方式用帶有減速開關，零脈沖在減速開關之前，其參數配置如下：

機床可以在JOG方式下通過按方向鍵對每個軸回參考點。第一次回參考點時務必小心，避免碰撞。

（5）補償

對工件進行加工時，由于測量系統和力的傳遞過程中會產生差錯，使得加工輪廓偏離理想的幾何曲線，導致機床的加工精度下降。在加工大型的工件時，由于溫差和機械力的影響使加工精度損失更為嚴重。其中部分偏差可以在調試機床時進行測量，從而在運行時加以補償。

SINUMERIK 802C有三種補償：背隙補償、螺補（LEC）、自動漂移補償。背隙補償是補償機械間隙，如反向間隙；LEC是對坐標軸進行補償；自動漂移補償是對因為溫差而產生的漂移補償。

具體的補償方法請參閱西門子資料，在此不多述。經改造，該機床的可靠性和操控性能得到了大大提高，整個改造過程，投資成本少，質量高。同時隨著機床改造的完工，也大大緩解了學校生產實習的壓力，為學校帶來了良好的經濟效益。

參考文獻：

[1] 李宏勝.數控原理與系統.機械工業出版社.