西門子840D sl在XKF2312/2.5數控龍門銑床改造中的應用（上）

■中航飛機西安飛機分公司 （陜西 710089） 劉紅安

西門子840D sl在XKF2312/2.5數控龍門銑床改造中的應用（上）

■中航飛機西安飛機分公司 （陜西 710089） 劉紅安

摘要：目前，先進數控系統(tǒng)西門子840D sl在國際數控加工領域應用較廣，需要對其仔細研究。本文通過利用該數控系統(tǒng)對XKF2312/2.5數控龍門銑床進行數字化改造這一典型案例，詳細分析了西門子840D sl的物理及軟件結構，對數控銑床的改造流程進行了說明。

西門子840D sl數控系統(tǒng)代表當今世界數控系統(tǒng)發(fā)展的高端水平。目前，我公司逐步引進了西門子840D sl數控系統(tǒng)的高端設備。隨著840D sl數控系統(tǒng)在公司生產領域應用的日益普及，對設備的數控技術的應用開發(fā)正不斷深入，同時設備使用的應用與保障問題也日漸突出。因此，必須通過持續(xù)不斷地技術進步和創(chuàng)新提升設備加工效率——利用該先進數控系統(tǒng)，對普通設備或控制系統(tǒng)老化的數控設備加以技術改造，使之煥發(fā)強大的生命力，是我們對西門子840D sl數控系統(tǒng)引進消化再吸收的重要手段之一。

數控龍門銑床概況

XKF 2 3 1 2 / 2.5系桂林機床廠制造，工作臺面積為1 200mm×2 500mm，T 形槽（寬度×距離：28mm×40mm）9個，坐標行程X向2 300mm，Y向行程為900m m，Z向行程830mm。數控系統(tǒng)采用意大利FIDIA C2系統(tǒng)，主軸及伺服電動機采用西門子611A交流模擬伺服驅動器及1FT5電動機。坐標軸X、Y定位精度0.003mm，Z定位精度0.004mm，3個坐標軸重復定

位精度均為0.001mm，主軸功率30kW，轉速可達0～5 000r/min，采用德國Z F變速箱，兩級調速。該設備特點：重切削，用于30CrMnSi/Ti合金及鑄鐵等航空類黑色金屬結構件與模胎的加工；進給速度快，達12 000mm/min。

機床原數控系統(tǒng)采用意大利FIDIA C2，系統(tǒng)內部通信是工控機ISA總線，數控系統(tǒng)各板件分別控制輸入輸出、NC插補和PLC控制，功能單一、數量多，整個系統(tǒng)集成采用多板件搭接結構；FIDIA C2系統(tǒng)軟件安裝在開放式操作系統(tǒng)WinNT 4.0下，穩(wěn)定性差。西門子611A伺服驅動單元為模擬量控制，FIDIA C2與西門子611A模擬伺服兼容性差，伺服單元上的指令控制信號、位置反饋信號接線雜亂。數控系統(tǒng)電氣布局不合理，電纜走線凌亂，電磁干擾嚴重，機床在使用過程中，頻繁報警，已造成多起零件報廢的質量事故。設備自2003年引進，機床機械部分如導軌、絲杠磨損嚴重，主軸徑向跳動達0.1mm，設備整體精度已無法保障。因此，為了合理利用工廠資源，實現我廠裝備數字化、智能化發(fā)展的目標，并達到節(jié)能減排的目的，對該設備的技術改造勢在必行。

設備改造總體方案

設備的改造從機械與電氣兩方面入手。改造中保留所有機械傳動部件的裝配結構，拆卸和清洗各液壓元件、冷卻系統(tǒng)和主軸箱，發(fā)現有破損及缺齒的齒輪應更換新的。根據機床的出廠合格證書，檢驗機床導軌在垂直面、水平面的幾何精度，更換X向機床導軌，確保幾何精度達到要求。為了保證和提高設備的加工精度，必須將坐標軸滾珠絲杠全部更換。本次改造采用德國布里斯絲杠，精度等級C3級，公稱直徑63mm，螺距10mm。配備與滾珠絲杠相對應的軸承、軸承座，并在機床相應位置安裝調試。而電氣改造的重點集中在機床電氣的電路設計與數控系統(tǒng)的調試上（包括驅動）。

機床的電路設計

保留機床原有的電氣功能，如液壓裝夾刀具、刀具冷卻、主軸油冷、排屑、照明燈及狀態(tài)指示燈等，控制線路與數控系統(tǒng)可靠銜接，分配輸入輸出點，選用一塊PP72/48 I/O模板，提供72個輸入點、48個輸出點，滿足機床使用要求。主電路結構保持不變，更換所有二類電氣元件，主令電器與自動電器元件全部采用施耐德產品，其中電器柜配電采用JDF36200塑料外殼式斷路器，脫扣器額定電流200A，板后接線式，各電動機、控制變壓器和+24V穩(wěn)壓電源采用DZ108系列高分斷小型斷路器，電流值按照各負載的額定電流而定，如冷卻泵電動機的主電路，冷卻泵電動機的額定電流為2.3A，選取斷路器額定電流按照如下公式計算

選用GV2-ME08C型斷路器，3極，帶常開和常閉觸點各1對，脫扣器電流整定值2.5～4A；各電動機主電路的接觸器選用LC1-D09M7C系列交流接觸器，該系列接觸器采用銀基合金觸頭，滅弧性能優(yōu)良，適用于三相交流電動機遠距離控制，與數控系統(tǒng)部件安裝在電器柜中，不會對其產生電磁干擾，保證數控系統(tǒng)工作穩(wěn)定、可靠。額定電流值視各電動機主電路額定電流而定，應大于或等于電動機的額定電流，同時在電路中加裝熔斷器進行短路保護，在冷卻泵電動機的主電路中采用RT18型熔斷器，額定電流按照如下公式計算

本次改造采用RT186/3型，冷卻泵電動機的主電路如圖1所示。

圖1

SINUMERIK 840D sl數控系統(tǒng)

1. SINUMERIK 840D sl數控系統(tǒng)簡介

數控系統(tǒng)SINUMERIK 840D s l功能強大，系統(tǒng)通過授權認證最多可以控制10 個方式組、10個通道和31個進給軸/主軸；能完成大多數航空類零部件的銑削、攻螺紋和鏜孔的加工。SINUMERIK 840D sl 將CNC、HMI、PLC、驅動閉環(huán)控制和通信模塊集成于一個 SINUMERIK

NC 單元（NCU）中，通過使用 SINUMERIK PCU 50.3，可進一步增強系統(tǒng)的操作性能。SINUMERIK840D sl屬多總線結構，即通過PROFIBUS、DRIVE CLiQ、ETHERNET 總線與外設和伺服進行通信，系統(tǒng)內置以太網功能，無需外掛通信處理器，可實現靈活組網及操作站的動態(tài)鏈接。NCU 內部結構如圖2所示。

NCU聯機調試時，計算機通過以太網與系統(tǒng)連接，連接至NCU的端口X127口進行聯機調試，計算機設置自動獲得IP地址即可。而在SIMATIC管理器硬件配置中，CP 840D sl的IP地址設為 192.168.215.1，子網掩碼為 255.255.255.224，DHCP server設定為“有”。

數控系統(tǒng)SINUMERIK 840D s l的主要硬件配置為：①P C U 50.3-P，預裝Win8操作系統(tǒng)1塊。②控制單元NCU710.3PN，內置P L C 317-3P N/D P1塊。③MCP 483C PN全數控鍵盤1塊。④PP72/48 I/O模板1塊。⑤高頻電源電抗濾波器1塊。⑥SINAMICS調節(jié)型電源模塊1塊。⑦主軸伺服控制單元1塊。⑧單軸閉環(huán)控制單元3塊。⑨1PH8電動機 1個 ，1FT7電動機 3個。⑩DRIVE CLiQ連接電纜若干。?MINI型手輪 1個。

2. 驅動單元及坐標、主軸電動機的選擇

機床原電動機特性可作為本次改造各坐標電動機的選用依據和技術條件。坐標電動機的堵轉轉矩、最高轉速和主軸電動機的額定功率、最高轉速是電動機選型的主要依據。

改造采用的電動機型號及適配電動機模塊如表1所示。

3. 系統(tǒng)調試

SINUMERIK840D sl 的調試必須按照下列步驟進行：

（1）系統(tǒng)的連接。SINUMERIK840D sl通過以太網與外設進行通信，通過DRIVE CLiQ 總線與電源模塊及各坐標進給模塊進行通信。

總線的正確連接非常重要，如圖3所示。

圖2

圖3

表1

收稿日期：（待續(xù)）（20150421）