西門子系統(tǒng)在SKODA250銑鏜床改造中的應(yīng)用

金英浩

（哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150040）

1 改造目的及系統(tǒng)選型

1.1 可行性分析

數(shù)控機(jī)床是企業(yè)必須具備的，如果企業(yè)僅靠購買來增添數(shù)控機(jī)床，無疑是增加了企業(yè)在設(shè)備上的成本投入，因此對(duì)機(jī)床進(jìn)行改造就是企業(yè)的新的選擇。SKODA250落地銑鏜床是七十年代從捷克引進(jìn)的普通機(jī)床數(shù)顯機(jī)床，故障繁多，可靠性差，已不能滿足時(shí)代的要求，該機(jī)床機(jī)械傳動(dòng)采用了定比齒輪箱和滾珠絲杠，機(jī)械精度好，傳動(dòng)精度較高，能夠滿足數(shù)控改造的基本要求。根據(jù)該機(jī)床的結(jié)構(gòu)、性能、運(yùn)行狀態(tài)、現(xiàn)有加工精度，特殊功能等要求，結(jié)合電機(jī)扭矩及額定轉(zhuǎn)速﹑主軸功率﹑電纜長度和系統(tǒng)安裝空間等細(xì)節(jié)提出性能價(jià)格比較優(yōu)的選型與配置方案。該項(xiàng)目采用西門子840D數(shù)控系統(tǒng)(NCU573.5)和S7--300可編程控制器，伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用四套611D交流驅(qū)動(dòng)及1PH7交流異步伺服電機(jī)和1FT6交流伺服電機(jī)，并與位置檢測(cè)元件一起構(gòu)成全閉環(huán)控制系統(tǒng)。取代原有電器控制元件，重新配制電氣控制柜。改造后該銑鏜床有一個(gè)主軸和四個(gè)進(jìn)給軸，編制了新的PLC邏輯控制程序，實(shí)現(xiàn)機(jī)床三軸聯(lián)動(dòng)，進(jìn)行三維的立體加工。

1.2 840D簡介

840D是西門子公司于1994年研制的適合于各種控制領(lǐng)域，是目前數(shù)控機(jī)床采用最多的數(shù)控系統(tǒng)，也是西門子公司的主要產(chǎn)品之一。840D是一種全數(shù)字化數(shù)控系統(tǒng)，具有高度模塊化及規(guī)范化的結(jié)構(gòu)，三CPU結(jié)構(gòu):人機(jī)通信CPU、數(shù)字控制CPU和可編程邏輯控制器CPU。三部分在功能上既相互分工，又互為支持。NC-CPU和PLC-CPU合成在NCU中，但在邏輯功能上相互獨(dú)立。相對(duì)于前幾代系統(tǒng)，它具有以下幾個(gè)特點(diǎn):數(shù)字化驅(qū)動(dòng)、軸控規(guī)模大 、可以實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng)、操作系統(tǒng)視窗化、軟件內(nèi)容豐富功能強(qiáng)大、具有遠(yuǎn)程診斷功能、保護(hù)功能健全、硬件高度集成化、模塊化設(shè)計(jì)、內(nèi)裝大容量的PLC系統(tǒng)、PC化、系統(tǒng)內(nèi)裝PLC最大可以配2048輸入和2048輸出，而且采用了Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線和MPI多點(diǎn)接口通信協(xié)議，大大減少了現(xiàn)場(chǎng)布線。

2 零件程序的編制

數(shù)控系統(tǒng)的零件加工程序是國際標(biāo)準(zhǔn)化的ISO代碼編制的，除了840D數(shù)控系統(tǒng)編程手冊(cè)所描述的功能代碼外，還針對(duì)該機(jī)床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過PLC編程控制機(jī)床，使其具有如下輔助的M代碼功能:

M00--程序停止，但不復(fù)位。主軸，冷卻液停止；M01-選擇程序停止，但不復(fù)位，需操作確認(rèn)才執(zhí)行；M02-程序執(zhí)行結(jié)束，主軸，冷卻液停止；M03-主軸順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，右旋螺紋進(jìn)入工件方向；M04-主軸逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，右旋螺紋進(jìn)入工件方向；M05-主軸停止，冷卻液關(guān)閉；M06-換刀，手動(dòng)或自動(dòng)換刀，不包括選刀；

M07-2號(hào)冷卻液開；M08-1號(hào)冷卻液開；M09-所有冷卻液關(guān)；M10-夾緊工作臺(tái)，工件，夾具，主軸等；M11-放松；M13-主軸順時(shí)針轉(zhuǎn)，冷卻液開；M14-主軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)，冷卻液開；M15-正向快速移動(dòng)；M16-反向快速移動(dòng)；M19-主軸定位停，包括M05；M30-主程序結(jié)束，并返回程序開始處，冷卻液停止；M41-SPⅠ主軸一檔； M42-SPⅡ主軸二檔。M43-SPⅢ主軸三檔；M44-SPⅣ主軸四檔。

M50-3號(hào)冷卻液開；M51-4號(hào)冷卻液開。

3 250銑鏜床伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

對(duì)于進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求:（1）有較高的控制精度。（2）有較好的跟蹤性能。（3）無爬行的現(xiàn)象，且具有較強(qiáng)的過載能力。（4）進(jìn)給驅(qū)動(dòng)的控制電路有很好的可靠性。（5）進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性。

對(duì)于主軸驅(qū)動(dòng)要求，在很寬的范圍內(nèi)速度連續(xù)可調(diào)，以滿足各種零件加工工藝的要求，并在各種速度下提供恒定的切削功率，一般主軸系統(tǒng)具有較寬的橫功率范圍，較短的加速時(shí)間和減速時(shí)間，調(diào)速范圍也要寬，過載能力強(qiáng)，電機(jī)溫度低及噪聲小等。根據(jù)以上進(jìn)給驅(qū)動(dòng)和主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)要求，該機(jī)床選用611D驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，滿足改造的要求，進(jìn)給電機(jī)和主軸電機(jī)直接影響到數(shù)控機(jī)床的性能，要求他們不僅具有輸出恒定的轉(zhuǎn)速的特性，即在額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)可輸出恒定的轉(zhuǎn)矩，而且還具有非常強(qiáng)的過載能力。 該機(jī)床選四臺(tái) IFT6型進(jìn)給軸電機(jī)和一臺(tái)IPH7主軸電機(jī)。

測(cè)量部件選擇，因伺服電機(jī)頻率F=1400HZ，驅(qū)動(dòng)通常帶有1V峰峰值正/余弦的增量編碼器，所以根據(jù)該機(jī)床的要求，SP主軸選擇1024P/R位置編碼器，進(jìn)給軸測(cè)量元件選光柵尺，長度分別為16240mm和4640mm。

4 數(shù)控電氣系統(tǒng)的安裝

電氣控制電路主要包括驅(qū)動(dòng)電路、位置反饋電路、電源及保護(hù)電路、開關(guān)信號(hào)連接電路、輔助功能控制電路。該系統(tǒng)電氣系統(tǒng)的安裝，首先拆除原電氣控制系統(tǒng)，安裝新的電氣控制柜及數(shù)控系統(tǒng)，將機(jī)床上電氣元件的信號(hào)線連接到控制柜接線端子，通過加工的法蘭和齒輪安裝電機(jī)，連接HEIDENHEIN光柵尺接口信號(hào)。該系統(tǒng)按標(biāo)準(zhǔn)做了一定的接地保護(hù)，電機(jī)電纜獨(dú)立走線。強(qiáng)電柜中安裝了大量的接觸器，繼電器，還有作為負(fù)載的電動(dòng)機(jī)，為了減少強(qiáng)電動(dòng)作對(duì)系統(tǒng)干擾，在電控柜交流設(shè)備中加裝一個(gè)阻容吸收器。

5 840D數(shù)控系統(tǒng)的啟動(dòng)、安裝與調(diào)試

5.1 NC啟動(dòng)

首先安裝 PCU50.3單元的HMI系統(tǒng)軟件，配置PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線參數(shù),啟動(dòng)數(shù)控系統(tǒng),進(jìn)入機(jī)床的參數(shù)設(shè)定界面，根據(jù)界面提示，定義各軸名稱"的參數(shù)；然后把幾何軸分配到通道、幾何軸的名稱、設(shè)定哪個(gè)機(jī)床軸通道有效、編程時(shí)所用的軸；然后在這里匹配驅(qū)動(dòng)，最后設(shè)置各個(gè)軸的具體參數(shù):轉(zhuǎn)速極限、最高速度、位置增益、定位誤差、報(bào)警極限等等。

5.2 安裝與調(diào)試

按照該銑鏜床的數(shù)控系統(tǒng)與電氣設(shè)計(jì)圖紙，完成硬件連接，這里特別說明的是主軸模塊和進(jìn)給模塊安裝在NCU模塊的右側(cè)，電源模塊安裝在NCU的左側(cè)，它們用同一個(gè)電源模塊，為了提高驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的可靠性，在該銑鏜床系統(tǒng)中還配置了120KW線路電抗器（電感器+鋁箔單元）。并將安裝有SIMATIC S7-300的編程軟件的計(jì)算機(jī)通過PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線和SINUMERIK 840D數(shù)控系統(tǒng)連接，系統(tǒng)可以通電調(diào)試。首先將各種機(jī)床數(shù)據(jù)、PLC機(jī)床控制程序，報(bào)警文本等信息傳送到數(shù)控系統(tǒng)，操作機(jī)床的各種基本功能，如機(jī)床控制面板的操作、急停控制、進(jìn)給伺服和主軸上電順序和使能控制、行程限位保護(hù)控制、手持單元操作控制、報(bào)警處理、回參考點(diǎn)控制等；另外還有外圍設(shè)備的控制功能，如液壓、潤滑、冷卻、進(jìn)給軸機(jī)械夾緊放松、刀具夾緊放松、主軸換擋等。

6 改造后的實(shí)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值

該機(jī)床床經(jīng)過改造后通過一段時(shí)間的運(yùn)行證明，840D數(shù)控系統(tǒng)在該銑鏜床的數(shù)控改造中的應(yīng)用是成功的，技術(shù)是先進(jìn)的，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。該機(jī)床的改造成功，已經(jīng)為工廠創(chuàng)造了很大的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]吳海燕.用西門子可編程控制器對(duì)T68鏜床進(jìn)行線路改造[J].機(jī)電設(shè)備，2008.

[2]王雙，穆亞輝.西門子S7-200PLC控制改造T68鏜床[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2009.