德國科堡20—10FP數控龍門銑床電氣系統改造

王連富

摘 要：結合該機床的電氣系統大修改造實例，詳細介紹數控機床電氣大修改造的過程，以及數控機床電氣改造中的需要注意的事項。通過文章的介紹，希望對相關工作起到借鑒的意義。

關鍵詞：數控龍門銑床；西門子840D數控系統；電氣系統改造

20-10FP數控龍門銑床是1988年從科堡機床廠引進的一臺數控機床，該機床數控部分使用西門子的8MC數控系統和S5-115U可編程序控制器，驅動部分使用西門子的SIMOREG 6RA26系列可控硅直流調速系統、1HU3系列直流伺服進給電機和Kessler直流主軸電機，位置反饋部分使用的是海德漢公司的光柵尺和編碼器。經過20多年的運行，電氣系統、數控系統已經嚴重老化，所以該機床在日常工作中故障頻繁，因此決定對該機床的數控和電氣部分進行改造。

1 技術準備

1.1 確定改造方案

選用德國西門子的數控系統、驅動系統、可編程序控制器和海德漢公司位置反饋裝置，數控部分選用840D數控系統和S7-300可編程序控制器，驅動部分選用611D交流伺服控制系統、1FT6進給電機和1PH7主軸電機，位置反饋部分進給軸選用海德漢的LB 382C光柵尺和ROD 486編碼器，主軸選用西門子的6FX2001增量式編碼器。

1.2 制定采購計劃

確定數控改造方案后，就可以參照機床相關參數確定數控系統和電機的數量、容量，以及位置反饋系統的長度和分辨率，制定采購計劃。

做好數控件采購計劃后，接下來要做的就是常規件的選擇，首先要統計出機床使用的各種控制、檢測元件和各類輔助電機、執行元件的種類、數量、電壓等級和負載等級等一些相關數據，按照該數據計算出PLC的輸入、輸出點的種類和數量，并按照與數控件選擇的同樣方法制定出采購計劃即可。

1.3 圖紙、程序的設計

電氣圖主要包括：配電柜元件位置圖、電氣原理圖和機床走線圖，配電柜元件位置圖主要是依據配電柜尺寸和所有元件的尺寸合理設計出元件在配電柜內如何擺放；電氣原理圖要根據統計出來的機床軸、機床輔助電機和各種電器元件來繪制出機床的主回路、控制回路、數控部分、驅動部分和PLC輸入、輸出部分的圖紙，并將線號與坐標標識清楚；機床走線圖就是要繪制機床所有電氣元件的連接位置，連接中使用的端子板、插頭插座等連接件的標識和連接線號，以便在日后維修工作中方便查找元件位置。

PLC程序的編制需要結合機床的實際控制、保護等動作，將機床原始的PLC程序進轉化和更新，并結合新的PLC程序重新編輯報警文本。

圖紙、程序的設計不可能一步到位，還需要在后期的調試過程中不斷地完善和補充，在機床交付用戶使用之前最終完成。

2 電氣柜、操縱盤的準備和預調試

電氣柜和操縱盤的裝配，要根據空間合理的安排各種電器元件的固定位置，按照事先設計的電氣原理圖進行電路的連接，連接時一定要做好所有電氣元件的接地保護。裝配完成后需要對柜內的所有元件進行接地測量，防止錯誤的連接導致電氣元件接地。

預調試工作首先要進行外部的連接，將操縱盤、PLC從站、伺服電機和電柜內的數控系統和PLC總站進行連接，并進行硬件上的地址分配，上訴工作都做好后就可以送電了，送電后首先要將編程器和數控NCK進行連接，建立通訊后將PLC組態和程序傳到PLC中，然后就要對數控系統進行一些基本的設置，以滿足預調試的需求。

2.1 第一步：對定義軸參數的設定

MD 10000 [N] 定義機床軸的名稱

MD 20050 [N] 定義幾何軸，每個機床至多有三個幾何軸

MD 20060 [N] 定義幾何軸的名稱，只能使用X、Y、Z定義

MD 20070 [N] 分配通道軸給通道

MD 20080 [N] 定義通道軸的名稱

2.2 第二步：對電機進行配置

（1）啟動→（2）機床數據→（3）驅動數據→（4）電機控制器→（5）電機選擇→（6）按電機銘牌選擇正確的電機→（7）選擇編碼器的種類設定正確的分辨率→（8）保存文件→（9）選擇其他軸執行（4）到（8）的操作→（10）配置完所有的軸后進行NCK復位

2.3 第三步：對功率模塊進行選擇配置

（1）啟動→（2）機床數據→（3）驅動器配置→（4）為每個槽指定驅動器號→（5）插入模塊→（6）選擇正確的驅動類型→（7）按驅動器銘牌選擇正確的功率→（8）激活驅動器并保存數據→（9）選擇其他軸執行（4）到（8）的操作→（10）配置完所有的驅動器后進行NCK復位。

2.4 第四步：分別針對各軸進行參數的設置

MD 30130 =1給定值的類型

MD 30200 =1測量系統數量，預調試為半閉環測量系統數量為1

MD 30240 測量系統的類型，半閉環時由電機編碼器類型決定

主軸參數的設定

MD 30300=1 為旋轉軸

MD 30310=1 為模態旋轉軸

MD 30320=1 顯示以360度為模

MD 35000=1 第一主軸

2.5 以上配置完成后還在PLC程序中將一些控制功能強制置1，在OB1中編寫程序如下

SET

=DB3*.DBX1.7 倍率激活

=DB3*.DBX2.1 控制器使能

=DB3*.DBX21.7 脈沖使能

=DB3*.DBX1.5 測量系統1生效

做完以上的工作后將報警文本傳入，然后調試控制回路，此時只需要繼電器的動作正常即可，數控調試要調試各軸電機的啟動停止、正反向、升降速等功能，并隨時觀察電機的狀態，正常后就可以進行現場安裝調試了。

3 現場調試

現場調試需要將機床的所有外部元件與配電柜或PLC從站進行連接，電氣元件的接線一定要做到線號準確、接地牢靠，接線完成并確保所有元件不接后就可以送電了。

送電調試要按部就班進行，首先要依次啟動液壓站和各部位的油泵，確保所有油路暢通，也要檢查壓力是否達到要求，并確保流量和壓力檢測點正常，液壓回路正常后就可以帶負載調試各軸的半閉環，由于已經做過預調試，所以帶載調試時只需觀察機床的實際運動方向與操作是否一致，并全程觀察電機的溫升和電流，如果電機溫度、電流過高就說明機械負載太重，需要及時處理。全閉環調試時，要再設定一些與全閉環運行相關的機床MD。

3.1 通用軸MD

MD 30200 =2測量系統數量，全閉環測量系統數量為2

MD 30240 測量系統的類型

MD 31000 反饋元件類型，0為線性，1為旋轉

MD 31040 反饋元件安裝位置，0為電機，1為機床

MD 31030 絲杠螺距

MD 31050 負載傳動分母

MD 31060 負載傳動分子

MD 31070 測量系統分母

MD 31080 測量系統分子

以上參數在設置下標[0]為第1測量系統，下標[1]為第2測量系統。

3.2 主軸全閉環參數

MD 35110[N]換檔最大速度

MD 35120[N]換檔最小速度

MD 35130[N]檔位最大速度

MD 35140[N]檔位最小速度

MD 35300定位速度

MD 35400擺動速度

MD 35440正擺時間

MD 35450反擺時間

其中[N]為主軸檔位0、1為1檔。

以上參數設置完成后就可切換到機床的全閉環狀態進行調試。機床主體調試完成后，要進行調試的收尾工作，調試機床照明、刀具冷卻和機床排屑等輔助功能。

4 結束語

機床改造是一項極其細致的工作，需要機械、液壓和電氣的全程通力合作，只有共同探討研究，共同解決問題才能更快、更好、更細致的完成工作，此次改造項目的順利完成也在數控機床改造方面打下了更堅實的基礎。