基于西門(mén)子828D 的磨床數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)＊*

方 凱 羅 敏 劉凌云

(湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院，湖北 十堰 442002)

MZ2015 自動(dòng)磨床是某廠軸承加工廣泛使用的設(shè)備，用于軸承套圈內(nèi)圓磨削，由于該機(jī)床的早期電氣系統(tǒng)采用的是繼電器接觸器控制，電氣元件較多，導(dǎo)致可靠性差，電氣故障頻繁。且機(jī)床使用時(shí)間較長(zhǎng)，以致系統(tǒng)老化，工作不穩(wěn)定，工件精度得不到保障，故采用西門(mén)子828D 數(shù)控系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)改造，使其工作穩(wěn)定，滿(mǎn)足使用要求。

1 方案設(shè)計(jì)

針對(duì)MZ2015 磨床進(jìn)行數(shù)控化改造的主要方案是:磨床的機(jī)械部分和液壓系統(tǒng)基本保持不變，因MZ2015 磨床的電氣控制部分與數(shù)控機(jī)床電氣控制部分不相同，在實(shí)行數(shù)控化改造時(shí)拆除所有原氣控制部分。選用西門(mén)子828D 數(shù)控系統(tǒng)來(lái)代替機(jī)床原有的繼電器控制系統(tǒng)。主軸電動(dòng)機(jī)采用三相交流電動(dòng)機(jī)取代原來(lái)的直流調(diào)速系統(tǒng)，配以與之配套使用的臺(tái)達(dá)VDF系列變頻器，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用與西門(mén)子828D 配套的S120 伺服驅(qū)動(dòng)單元及1FK7 交流伺服電動(dòng)機(jī)，由交流伺服電動(dòng)機(jī)來(lái)控制拖板部分，由于伺服電動(dòng)機(jī)內(nèi)配有編碼器，X 軸、Z 軸可構(gòu)成半閉環(huán)控制，從而提高了控制精度。機(jī)床外圍I/O 控制采用西門(mén)子S7 -200PLC 模塊控制，并重新編寫(xiě)PLC 程序，取代原有的繼電器接觸器控制。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

MZ2015 自動(dòng)磨床的功能是對(duì)同步器錐環(huán)內(nèi)錐面進(jìn)行磨削，主要有砂輪架的橫向往復(fù)運(yùn)動(dòng)、縱向移動(dòng)共兩個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)模塊，西門(mén)子的新數(shù)控系統(tǒng)功能強(qiáng)大，售后有保障，且能滿(mǎn)足用戶(hù)自由地配備模塊的需求。又由于公司其它車(chē)間的機(jī)床多采用西門(mén)子數(shù)控系統(tǒng)，在安裝調(diào)試方面積累了比較豐富的經(jīng)驗(yàn)。故采用西門(mén)子828D 數(shù)控系統(tǒng)來(lái)實(shí)施改造。

系統(tǒng)硬件連接圖如圖1 所示。

SIMMERIK 828D 數(shù)控系統(tǒng)是將CNC、PLC、HMI 和通訊任務(wù)集成于一個(gè)單一部件，由幾大部分組成:驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電源，伺服電動(dòng)機(jī)控制，數(shù)控系統(tǒng)，輸入輸出模塊，控制面板(MCP)，機(jī)床側(cè)電氣接線(xiàn)端子，手輪，編碼器。

SINAMICS S120 作為西門(mén)子SINAMICS 驅(qū)動(dòng)系列之一，可以提供高性能的單軸和雙軸驅(qū)動(dòng)，模塊化的設(shè)計(jì)可以滿(mǎn)足應(yīng)用中日益增長(zhǎng)的對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)軸數(shù)量和性能的要求。SINAMIC S120 是集V/F 控制、矢量控制、伺服控制為一體的多軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有模塊化的設(shè)計(jì)。各模塊間(包括控制單元模塊、整流、回饋模塊、電動(dòng)機(jī)模塊、傳感器模塊和電動(dòng)機(jī)編碼器)通過(guò)高速驅(qū)動(dòng)接口DRIVE-CLIQ 相互連接。

1FK7 電動(dòng)機(jī)是永磁式同步電動(dòng)機(jī)，與SINAMIC S120 配套使用，分為“緊湊型”、“高動(dòng)態(tài)型”和“高慣性型”等型號(hào)。該伺服電動(dòng)機(jī)具有電子銘牌，系統(tǒng)可以自動(dòng)識(shí)別所配置的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。具有更高的控制精度和動(dòng)態(tài)特性，更高的可靠性。同時(shí)，這些自冷卻式電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是具有優(yōu)異的過(guò)載能力，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固而緊湊。它們通過(guò)可旋轉(zhuǎn)的連接器與預(yù)組裝電纜進(jìn)行連接，可靈活、快速和安全地與變頻器相連。

SINAMICS S120 驅(qū)動(dòng)連接示意圖，如圖2 所示。

SLM 沒(méi)有DRIVE CLiQ 接口，由828D X100 接口引出的驅(qū)動(dòng)控制電纜DRIVE CLIQ 連接到第一臺(tái)電動(dòng)機(jī)模塊的X200 接口，由電動(dòng)機(jī)模塊的X201 連接到下一臺(tái)相鄰的電動(dòng)機(jī)模塊的X200，按此規(guī)律連接所有電動(dòng)機(jī)模塊。并且保證功率大的電動(dòng)機(jī)模塊應(yīng)與電源模塊相鄰放置。X202、X203 為電動(dòng)機(jī)編碼器反饋信號(hào)。

3 程序設(shè)計(jì)

改造后磨床為數(shù)控磨床，根據(jù)工件加工工藝流程編寫(xiě)CNC 加工程序，經(jīng)數(shù)控系統(tǒng)編碼譯碼后再經(jīng)各類(lèi)驅(qū)動(dòng)器有序地控制各軸和輔助裝置的動(dòng)作，完成對(duì)內(nèi)錐面的磨削加工。磨床加工流程圖如圖3 所示。

主程序即為磨削程序，工件在夾具的固定下，隨主軸電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)做圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。首先對(duì)內(nèi)錐面進(jìn)行粗磨加工，粗磨加工完成后砂輪表面的磨粒變鈍且有很多磨屑附著在上面，不符合精磨加工要求的磨削精度和表面粗糙度。所以在粗磨加工完成后，對(duì)砂輪進(jìn)行一次修整，讓后一次進(jìn)行精磨加工和光磨加工。

加工程序代碼為:

G04 程序中斷功能是828D 數(shù)控系統(tǒng)中專(zhuān)用通道機(jī)床信號(hào)，其功能是在AUTOMATIK 和MDA 運(yùn)行方式下，禁止下一個(gè)程序段傳送到插補(bǔ)器中，其作用是使機(jī)床在執(zhí)行某些輔助動(dòng)作時(shí)，禁止NC(Numerical Contol)程序繼續(xù)執(zhí)行，當(dāng)輔助結(jié)束之后，才繼續(xù)執(zhí)行下一個(gè)NC 程序段，合理使用禁止讀入功能能夠極大地提高機(jī)床的安全性和降低功能部件因誤動(dòng)作而造成的損傷。本程序G04 指令用于完成對(duì)錐環(huán)內(nèi)錐面的光磨加工，消除由于進(jìn)刀時(shí)產(chǎn)生的彈性變形而導(dǎo)致的讓刀量，可較好地保證工件的精度和直線(xiàn)度。

4 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置

4.1 總線(xiàn)配置

SINUMERIK 828D 是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)profibus 對(duì)外設(shè)模塊(如驅(qū)動(dòng)器和輸入輸出模塊等)，profibus 的配置是通過(guò)通用參數(shù)MD11240 來(lái)確定的。

4.2 驅(qū)動(dòng)器模塊定位

數(shù)控系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)器之間通過(guò)總線(xiàn)連接，系統(tǒng)根據(jù)下列參數(shù)與驅(qū)動(dòng)器建立物理聯(lián)系。

對(duì)于配置非調(diào)節(jié)電源模塊SLM 的系統(tǒng)，由828D驅(qū)動(dòng)接口X100 連接到的第一臺(tái)電動(dòng)機(jī)模塊的軸號(hào)為1，且以此類(lèi)推。

4.3 位置控制使能

系統(tǒng)出廠設(shè)定各軸均為仿真軸，系統(tǒng)既不產(chǎn)生指令輸出給驅(qū)動(dòng)器，也不讀電動(dòng)機(jī)的位置信號(hào)。按設(shè)定參數(shù)可激活該軸的位置控制器，使坐標(biāo)軸進(jìn)入正常工作狀態(tài)。

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)普通機(jī)床存在的效率低、設(shè)備陳舊、故障頻繁、精度差等問(wèn)題，對(duì)普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造是提高生產(chǎn)效率和自動(dòng)化程度的重要手段。本課題提出了采用西門(mén)子828D 數(shù)控系統(tǒng)來(lái)改造同步器錐環(huán)磨床的方案，主要完成了MZ2015 磨床改造中的數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選型與配置;詳細(xì)地設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的整體連接和各部分接口連接;闡述了828D 數(shù)控系統(tǒng)常用參數(shù)，主軸相關(guān)參數(shù)，伺服相關(guān)參數(shù)的設(shè)定。最后，根據(jù)實(shí)際加工需要設(shè)計(jì)了同步器錐環(huán)的CNC 加工程序。改造后的磨床運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，達(dá)到了改造目標(biāo)，產(chǎn)生了經(jīng)濟(jì)效益。

［1］羅敏.數(shù)控原理與編程［M］.北京:人機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

［2］西門(mén)子公司.西門(mén)子828D 數(shù)控系統(tǒng)簡(jiǎn)明調(diào)試手冊(cè)［R］.2011，10.

［3］西門(mén)子公司.基礎(chǔ)部分編程［Z］.2010，7.

［4］西門(mén)子公司.樣本及選型手冊(cè)［Z］.2011，8.