車床數控化改造設計后的整機調試

井建康，劉國群，丁世均，劉祖其

（1.新疆石油學院，新疆 烏魯木齊 830000；2.浙江萬向系統有限公司，浙江 杭州 311202；3.克拉瑪依理工學院，新疆 克拉瑪依833600）

0 引言

普通機床數控化改造后，通常還不能正常工作，還必須進行參數設置、整機調試，機床的精度、性能和功能等檢驗。整機調試分機械參數調試和電氣參數的設置與調試。機械參數調試主要是機床導軌、主軸、滾珠絲杠、傳動環節的間隙等的精度調試；電氣參數調試主要是參考點、主軸、坐標軸、補償、PLC 等參數的設置和調試。對于電氣參數調試，這里要特別提醒： 一是參數調試或修改前，必須了解參數的功能和熟悉原設定值，不正確的參數設置或更改會造成嚴重后果；二是參數設置或修改好后，必須重新啟動數控裝置機床才能生效；三是熟悉參數常用鍵的功能，確保參數設置無誤。下面介紹普通車床數控化改造后的參數設置與調試，機床精度、性能、功能等的檢驗步驟和方法。

1 整機調試

1.1 準備工作

普通車床完成機械和電氣改造后，機床還不能正常工作，必須進行整機調試，或稱機電聯調。調試步驟分強電和弱電二步，數控系統外圍的調試稱為強電調試，為適應數控機床需要而調整機床參數的調試稱為弱電調試，如PLC 用戶程序等。整機通電前，斷開CNC 單元至伺服單元的電源插頭，這是一項安全措施以防止不正確的電源進入造成數控系統的損壞。了解這一過程對于理解數控機床的控制原理、故障診斷與維修很重要。

通電檢查，對整機系統進行參數設置和調試，在系統通電前要做好以下準備工作： ①仔細檢查機械和電器安裝部分是否完成，保證無接線錯誤，避免燒壞模塊；②準備好用戶手冊，SINUMERIK802S/C base line 的操作和編程手冊；③準備好PC/PG（編程工具），用于數據保護和串行調試；④準備好Too1Box（工具盒）；⑤斷開CNC單元至伺服單元的電源插頭。

1.2 基本規則

（1）調試順序。調試順序包括CNC 引導情況、PLC 調試、設置技術數據、設置通用機床數據、設置坐標軸/機床專用的機床數據、坐標軸/主軸編碼器匹配、坐標軸/主軸給定值設置、測試坐標軸/主軸的空運行情況、驅動調試、調試結束、數據保護。

（2）保護級。保護級分為0～7 級，0 為最高級，7為最低級，系統出廠時已設置了保護級2 和3 的缺省密碼。0和1 無保護，西門子內部使用；2 的保護密碼是EVENING（缺省），機床制造廠使用；3 的保護密碼是CUSTOMER（缺省），調試者使用；4 級無保護，用戶接口信號PLC→NCK，調試者使用；5～7 級為用戶接口信號PLC→NCK。

1.3 上電和系統引導

（1）目測檢查，機械結構安置是否正確？ 電路連接是否可靠？ 電源是否連接好？ 屏幕和接地線是否連接好？

（2）接通電源，給系統供電。

（3）調試開關（硬件）0～7： CNC 中的調試開關S3 用于系統的開機調試，位置0 為正常引導，位置1 為標準機床數據引導，位置2 為系統軟件升級，位置3 為備份數據引導，位置4 為PLC 停止，位置5 為保留，位置6-7 為給定。

（4）調試開關（軟件）： 引導系統（相當于調試開關0），標準機床數據引導（相當于調試開關1），備份數據引導（相當于調試開關3）。

（5）軸參數設置。首先設置參數讓軸動起來。選用西門子的802C 系統和611 驅動器以及IFK7 的伺服電機。把系統和驅動器電機連好后，電機可能不會動。這時就需設置機床數據，軸數據等參數，要通過工具軟件設定電機參數。802C 和802S 是同一本手冊，用SIMOCOM U 配置611U，PLC 編程如果無誤軸就應該動起來。接著再定義各項M 指令，如選擇啟動、停止等指令。

1.4 PLC 參數調試

（1）PLC 調試。PLC 的參數調試包括PLC 的初始運行、PLC 的啟動方式、PLC 的報警、機床控制面版區布局、編程工具、指令集、程序管理、數據管理、連接控制系統接口、測試和監控用戶程序。

（2）PLC 用戶程序的下載/上載/復制/比較。使 用802C 編程工具下載PLC 程序，使用WinPCIN 工具調試PLC 數據；PLC 用戶程序可以用802C 編程工具或Win-PCIN 工具保存。

1.5 初始化調試

在系統引導成功之后，初始化調試之前，將含有設定好機床數據的文件導入控制系統。

（1）輸入通用機床數據。給系統供電，自動裝入標準機床數據。首先輸入一個保護級別2 或3 的密碼；然后通過軟件選擇對通用機床數據、軸數據、顯示機床數據、機床其它數據等17 個數據進行修改。如： 41110=0 JOG 方式進給率、41200=0 主軸速度、42000=0 起始角度、42100=5000 空運轉進給率。這些數據輸入后立即被寫入到數據存儲器中。

（2）坐標軸調試。802C 帶有三個伺服電機進給軸（X、Y、Z）。接口X7 輸出：X 軸（SW1、BS1、RF1.1、RF1.2），Y 軸（SW2、BS2、RF2.2、RF2.2），Z 軸（SW3、BS3、RF3.1、RF3.2）。

模擬/伺服驅動通過改變坐標軸機床參數MD30130和30240 的值，使給定值輸出和編碼器輸入在模擬/驅動之間進行轉換。MD30130=0/1，接口X7 無模擬輸出/有輸出；30240=0/2，模擬/產生方波信號。

（3）引導系統功能設置。引導系統檢查： 接通電源，如無故障顯示，系統在JOG 運行方式下進入回參考點狀態，調試順序先確定機床回參考點，查減速開關是否正常，然后檢查以上參數。如軸不動，說明參數有問題，應檢查30130〔X、Z〕=1（模擬給定量輸出到軸控接口）、30200（主軸有編碼器反饋）、30240〔X、Z〕=3（主軸帶測量系統）、30240（X、Z）=2（TTL 編碼器）、34200（X、Z）=1（電機編碼器參考點零脈沖）、34200（X、Z）=4 （電機編碼器參考點零脈沖等參數的設置是否正常）、32100 （X、Z）=1 或-1 （進給軸移動方向電機旋轉方向）、32020（X、Z）=（電機編碼器型號及編碼器每轉脈沖數）、32110（實際值方向）。系統第一次開機會自動產生一個初始狀態，所有的存儲區初始化，存儲器中所存儲的標準值作為初始值設置。

（4）傳動系統功能設置。檢查傳動系統31030（X、Z）=（絲杠螺距）、31100（X、Z）=1000（脈沖監控）、31110（X、Z）=10（脈沖監控）、31050（Z）=（減速箱電動機端齒輪齒數）、31060（X）=（減速箱絲杠端齒輪齒數的機械參數是否正常）。

（5）根據電動機設定相關的速度參數。檢查電動機轉速，軸速度/絲杠螺距。32000（X、Z）=4800（最大軸速度G00）、32010（X、Z）=4800（點動快速）、32020（X、Z）=3000（點動速速）、32260（X、Z）=1200（電動機額定轉速）、36200（X、Z）=4900（坐標速度極限等參數是否正常）。

（6）回參考點的設置與調試。802C 參考點有關的幾個參數號的含義是：34000 （X、Z）=1 （減速開關生效）、34010（X、Z）=0/1（減速開關方向：0-正,1-負）、34020（X、Z）=2000（尋找減速開關速度）、34040（X、Z）=300（尋找零脈沖速度）、34050（X、Z）=0/1（零脈沖位置在： 0-開關外，1-開關內）、34060（尋找接近開關最大距離）、34070（X、Z）=200（參考點定位速度）、34080（X、Z）=0 （檢測到零脈沖后的移動距離）、34100（X、Z）=0、34100（X）（參考點位置值），802C 系統的很多功能都建立在參考點的基礎上。只有在回參考點后才能操作生效。第一次回參考點時務必小心，避免碰撞。

（7）軟件限位及反向間隙補償設置（要寫入實測值）。當回參考點確定后，應該設置軟件限位。36100（X、Z）=（軸負向軟限位值），36110 （X、Z）=（軸正向軟限位值是否正常）。測試反向間隙，并進行反向間隙補償，32450（X、Z）=（反向間隙）。

（8）主軸參數設置與調試。該機床需要加工螺紋，所以主軸安裝了編碼器。主軸參數設置如下：

主軸參數有：30130（PS）=1（模擬量輸出）、30240（PS）=0/2（模擬/方波發射器，主軸帶測量系統）、36300（PS）=110000（主軸監控頻率）、31020(PS)=2048（編碼器每轉脈沖數）、32260（PS）=3000（主軸轉速）、36200（PS）=3100（主軸最大速度）、30200（主軸有編碼器反饋）及35110（PS）=3000（齒輪換檔速度）、35130（PS）=3100（齒輪級速度）、35150（PS）= 0.1（主軸速度容差），通過這些參數的設置，主軸就可以在點動模式下運行了。主軸調試時必須輸入機床數據，43210 可編程的主軸速度極限值為G25、G26和主軸速度極限值G96。

（9）坐標軸參數及驅動特性設置。由于X 軸和Z 軸設置基本一致，所不同的是Z 軸電機帶抱閘，而X 軸不帶抱閘，下面只介紹X 軸參數的主要設置。

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。

伺服電機的動態特性調試是通過調整伺服驅動SIMODRIVE611U 上的微調電位器進行的。調試時可利用示波器通過伺服驅動SIMODRIVE611U 的測試點，監控并調整速度跟隨特性，當速度環調試完畢后可根據實際情況適當調整位置增益，32200 （位置環增益參數）、31020 （X、Z）=1000 （伺服電機編碼器每轉脈沖數）。為了增加安全性，除了硬限位外，還可設置軟限位。

參數：36100（X）=（一級負軟限位）、36120（二級負軟限位）、36110 （X）=（一級正軟限位）、36130 （二級正軟限位）。這些可根據工作需要實際情況設置。軟限位只有在回參考點之后才生效。

（10）絲杠螺距誤差補償設置。對每一坐標軸，確定補償點數（如10 點）及補償間隔（如10mm），實測后進行設定。螺距誤差按軸進行，而且必須在返回參考點后才生效。參數38000〔X、Z〕=10、32700〔X、Z〕=1 為補償參數設置。SINUMERIK802C 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。

通過以上參數設置，主軸可以在點動模式下運行了，初始化調試完成。

1.6 調試結束

（1）密碼保護。把用于保護級2 的缺省值“EVEVING”更改為自己熟悉的密碼。如果在調試過程中，機床生產廠商使用了保護級2 的密碼 “EVEVING”，則必須要對此進行修改。

保護方法是→按軟件 “修改口令”，輸入新的密碼，并按“確認鍵”，完成密碼保護。

（2）保護級復位。為了保護調試時所設置的數據，必須進行內部數據保護，調到保護級7（用戶），否則在進行數據保護時會把保護級2 也一起保護起來。

保護方法是→按軟件“關閉口令” →保護級復位完成。

（3）內部數據保護。調試結束，要進行內部數據保護。

保護方法是→按軟件 “數據存儲” →內部數據保護完成。各項機床數據調試完成后，關閉口令，存儲數據。

（4）循環啟動。把標準循環裝入控制系統：將刀補、零件數據存入FLASH 存儲器或PG 編程器，這些數據可在通訊菜單中選擇，按 “數據輸出” 軟件執行傳輸。從工具軟盤中選擇所需要的技術路經文件，裝入控制系統。重新通電，裝好保存的數據。

2 結束語

近幾年，把普通機床改造成經濟型數控機床，已成為我國廣大企業設備投資的重要組成部分。普通機床的數控化改造，不論是選什么機型，還是選什么數控系統，改造方法和步驟基本上差別不大，但參數設置和調試數據與選數控系統有關，不同的數控系統是有差異的，普通機床的數控化改造的參數設置與機電聯調，綜合了多門專業課知識的一門實踐性很強的課，很適合機電類學生的專業課實習、畢業設計實習，也適合數控機床維護與維修人員參考。改造實例深受用人單位的歡迎，值得職業技術學院、企業培訓借鑒。

[1] 劉祖其，劉海. 數控機床電氣控制[M].北京：高等教育出版社，2013.

[2] 王侃夫.數控機床控制技術與系統[M].北京:機械工業出版社，2008.

[3] 嚴建紅.數控機床及其應用[M].北京:機械工業出版社，2008.