SIEMENS802D系統(tǒng)在數(shù)控車(chē)磨復(fù)合加工機(jī)床中的應(yīng)用

解乃軍+王小曹

摘要：文章對(duì)SIEMENS 802D數(shù)控系統(tǒng)在數(shù)控車(chē)磨復(fù)合加工機(jī)床中的硬件配置、系統(tǒng)調(diào)試及調(diào)試完成后數(shù)據(jù)備份等問(wèn)題進(jìn)行闡述，著重論述SIEMENS 802D數(shù)控系統(tǒng)NC單元、驅(qū)動(dòng)單元等部件的硬件配置和相互連接，對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置和優(yōu)化以及絲杠螺距誤差的補(bǔ)償方法給出解決方案。

關(guān)鍵詞：SIEMENS 802D系統(tǒng)；數(shù)控車(chē)磨復(fù)合加工機(jī)床；硬件配置；系統(tǒng)調(diào)試；機(jī)床數(shù)據(jù) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TH16 文章編號(hào)：1009-2374（2016）32-0046-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.32.022

1 概述

數(shù)控車(chē)磨復(fù)合加工機(jī)床是加工汽車(chē)剎車(chē)盤(pán)的專(zhuān)用關(guān)鍵設(shè)備。工件一次裝夾，先雙刀車(chē)削兩制動(dòng)平面，緊接著雙砂輪磨削兩制動(dòng)平面，以保證兩制動(dòng)平面的平行度小于0.005mm，制動(dòng)平面對(duì)安裝基面的端面跳動(dòng)小于0.005mm，兩制動(dòng)平面的表面粗糙度小于Ra0.4。該機(jī)床配置SIEMENS 802D系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)五軸控制、三軸聯(lián)動(dòng)。選用SIEMENS 802D系統(tǒng)的原因在于它的驅(qū)動(dòng)控制簡(jiǎn)單、配置隨意，系統(tǒng)提供的軟件齊全，便于用戶二次開(kāi)發(fā)，再有它已經(jīng)國(guó)產(chǎn)化設(shè)計(jì)，成本低，訂貨周期短。

2 硬件配置

2.1 NC部分

2.1.1 PCU。采用PCU210微處理器，CNC主機(jī)與人機(jī)界面控制集成式設(shè)計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)超薄型10.4”LCD。

2.1.2 鍵盤(pán)。有兩種方式可選：水平和垂直。此處選垂直鍵盤(pán)。

2.1.3 輸入輸出模塊PP72/48。該模塊可提供72個(gè)數(shù)字輸入和48個(gè)數(shù)字輸出。每個(gè)模塊具有三個(gè)獨(dú)立的50芯插槽，每個(gè)插槽中包括了24位數(shù)字量輸入和16位數(shù)字量輸出。802D系統(tǒng)最多可配兩塊PP模塊，此處配一塊。硬件跳線S1地址為9。連接插口：X1接24VDC電源，X2接PROFIBUS總線，X111、X222、X333接50芯扁平電纜插頭。

2.1.4 機(jī)床控制面板MCP，為選件。此處不選，

自制。

2.1.5 RS232接口，用于機(jī)床數(shù)據(jù)的備份和恢復(fù)，相應(yīng)的軟件由系統(tǒng)隨機(jī)光盤(pán)提供。

2.2 驅(qū)動(dòng)器部分

使用SIMODRIVE 611驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，SIMODRIVE 611是一種功能可靈活配置的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。SIMODRIVE 611中所有的模塊都采用了統(tǒng)一的模塊化設(shè)計(jì)。電源、通訊以及功率模塊與閉環(huán)控制插入模塊之間的接口都采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。由于驅(qū)動(dòng)模塊為模塊化設(shè)計(jì)，因此各驅(qū)動(dòng)器可獨(dú)立優(yōu)化至其最佳狀態(tài)。

2.2.1 驅(qū)動(dòng)電源模塊。用于連接各個(gè)驅(qū)動(dòng)單元和強(qiáng)電供電系統(tǒng)，將主電源變換為直流母線上的直流電壓。此處選用：6SN1146-1AB00-0BA1 5/10kW。

2.2.2 驅(qū)動(dòng)模塊。SIMODRIVE611的驅(qū)動(dòng)模塊按照功能完成進(jìn)給電機(jī)，主軸電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制，在結(jié)構(gòu)裝配上由“功率模塊6SN1123”“閉環(huán)控制插入單元6SN1118”和“驅(qū)動(dòng)總線部件”組裝而成。將閉環(huán)控制插入單元插入到功率模塊中即可實(shí)現(xiàn)帶有模擬量或數(shù)字量設(shè)定值接口的驅(qū)動(dòng)模塊，用于主軸或進(jìn)給驅(qū)動(dòng)各種應(yīng)用場(chǎng)合。功率模塊可以適用于以下電機(jī)：1FK6、1FK7伺服電機(jī)和1PH7主軸電機(jī)。

可以使用功率范圍很寬的單軸或雙軸功率模塊。這些模塊按電流安培數(shù)分級(jí)，并能提供三種不同的冷卻方式。此處選用：兩個(gè)6SN1123-1AB00-0AA1 5/10A和一個(gè)6SN1123-1AA00-0BA1 9/18A。每個(gè)功率模塊上都要選用閉環(huán)控制插入單元6SN1118-0NH10-0AA0。該驅(qū)動(dòng)器的調(diào)試可通過(guò)隨機(jī)軟件SimoComU工具軟件進(jìn)行。

2.2.3 伺服電機(jī)。伺服電機(jī)采用1FK7系列，是高緊湊永磁同步同步電機(jī)。此處選用：四個(gè)1FK7060-5AF71-1EG0和1個(gè)1FK7083-5AF71-1EG0。

2.3 主軸部分

2.3.1 S7-200 CPU222模塊。為模擬量輸出模塊EM232提供電源，同時(shí)從802D主系統(tǒng)處接收主軸運(yùn)行速度指令，并通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換。

2.3.2 模擬量輸出模塊。EM232為主軸變頻器提供0～10V的模擬電壓。

2.3.3 變頻器。具體實(shí)施主軸運(yùn)轉(zhuǎn)/停止。

2.3.4 主軸電機(jī)。選用7.5kW的普通電機(jī)。

2.4 電流檢測(cè)裝置

2.4.1 變頻器。功能A驅(qū)動(dòng)砂輪磨頭旋轉(zhuǎn)/停止，功能B檢測(cè)砂輪磨頭電機(jī)電流變化，此處使用東元變頻器。

2.4.2 砂輪磨頭電機(jī)。選用4kW普通電機(jī)。

3 軟件調(diào)試

利用PLC子程序庫(kù)可非常迅速地建立一個(gè)PLC應(yīng)用程序。

SINUMERIK 802D的PLC為SIMATIC S7-200，所以編制PLC必須使用STEP 7-Micro/WIN 32軟件，及隨系統(tǒng)一起到貨的工具盤(pán)（Toolbox）。

PLC程序由主程序OB1和子程序組成。主程序：程序的主體（稱(chēng)為OB1）是放置控制應(yīng)用程序指令的位置。主程序中的指令按順序執(zhí)行，每次執(zhí)行CPU的一次掃描循環(huán)。子程序：子程序是指令的一個(gè)選用集，存放在分開(kāi)的程序塊中，僅在被主程序調(diào)用時(shí)執(zhí)行。

完成的PLC程序可用SIMATIC STEP 7-Micro/WIN 32軟件傳輸、編輯、調(diào)試。PLC狀態(tài)可在線監(jiān)控。

4 機(jī)床數(shù)據(jù)設(shè)置

4.1 總線配置

SINUMERIK 802D是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線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。

MD11240=4 表示驅(qū)動(dòng)器：雙軸+雙軸+單軸

該參數(shù)生效后，611UE液晶窗口顯示驅(qū)動(dòng)報(bào)警：A832（總線無(wú)同步信號(hào)）；611UE總線接口插件上的指示燈變?yōu)榫G色。若該指示燈仍為紅色，請(qǐng)檢查總線的連接。

4.2 驅(qū)動(dòng)配置（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：

MD30110：定義速度給定端口（軸號(hào)）

MD30220：定義位置反饋端口（軸號(hào)）

4.3 位置控制使能參數(shù)

30130：1 控制給定軸輸出類(lèi)型

30240：1 編碼器反饋類(lèi)型

該參數(shù)生效后，611UE液晶窗口顯示：“RUN”。這時(shí)通過(guò)點(diǎn)動(dòng)可使伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)。

32100：1或–1 用于改變電機(jī)方向（正向或負(fù)向）。

4.4 傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)配比

31030：絲杠螺距Z1至Z4軸設(shè)5000mmX軸設(shè)10000mm

31050：電機(jī)端齒輪齒數(shù)（分子）

31060：絲杠端齒輪齒數(shù)（分母）

Z1至Z4軸的齒輪比為1∶1，X軸為5∶8

4.5 坐標(biāo)速度和加速度：可根據(jù)用戶的實(shí)際要求更改

32000：8000 最高軸速度

32010：8000 點(diǎn)動(dòng)快速

32020：2000 點(diǎn)動(dòng)速度

36200：10000 坐標(biāo)軸速度限制

32300：0.5 最大加速度

4.6 位置環(huán)增益

32200：1.0 位置環(huán)增益

4.7 返回參考點(diǎn)相關(guān)的機(jī)床數(shù)據(jù)

34010：0 返回參考點(diǎn)方向：0—正，1—負(fù)

34020：5000 檢測(cè)參考點(diǎn)開(kāi)關(guān)的速度

34040：300 檢測(cè)零脈沖的速度

34050：0 尋找零脈沖方向：0—正，1—負(fù)

34060：20 檢測(cè)參考點(diǎn)開(kāi)關(guān)的最大距離

34070：1000 返回參考點(diǎn)定位速度

34080：-2 參考點(diǎn)移動(dòng)距離

34090：0 參考點(diǎn)移動(dòng)距離修正量

34100：參考點(diǎn)（相對(duì)機(jī)床坐標(biāo)系）位置

11300：返回參考點(diǎn)觸發(fā)方式

4.8 軟限位

36100：負(fù)向軟限位

36110：正向軟限位

4.9 反向間隙補(bǔ)償

32450：反向間隙，回參考點(diǎn)后補(bǔ)償生效

5 備份數(shù)據(jù)

在系統(tǒng)調(diào)試完畢后進(jìn)行數(shù)據(jù)備份是十分重要的。SINUMERIK802D提供了多種數(shù)據(jù)備份的方法。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可在系統(tǒng)內(nèi)部備份，可在PC卡上備份，也可在計(jì)算機(jī)的硬盤(pán)上備份。

5.1 數(shù)據(jù)內(nèi)部備份

數(shù)據(jù)的內(nèi)部備份可以通過(guò)“數(shù)據(jù)存儲(chǔ)”軟菜單鍵輕而易舉地實(shí)現(xiàn)。

5.2 數(shù)據(jù)外部備份

802D中的數(shù)據(jù)（包括PLC應(yīng)用程序，報(bào)警文本以及驅(qū)動(dòng)器數(shù)據(jù)）可以通過(guò)RS232串行接口備份到個(gè)人計(jì)算機(jī)的硬盤(pán)或軟盤(pán)上，或者將數(shù)據(jù)備份到PC卡上。其中試車(chē)數(shù)據(jù)以二進(jìn)制格式備份（備份時(shí)波特率應(yīng)小于19200）。對(duì)于相同版本802D的批量生產(chǎn)，可直接使用該試車(chē)數(shù)據(jù)。另外，也可使用PCMCIA存儲(chǔ)卡進(jìn)行批量調(diào)試。

以上的所有工作完成后，機(jī)床就可以交給用戶正常使用了。目前，此產(chǎn)品已投入批量生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 解乃軍.數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2014.

[2] Siemens AG.SINUMERIK 802D診斷說(shuō)明手冊(cè)[S].2007.

[3] Siemens AG.SINUMERIK 802D功能說(shuō)明手冊(cè)[S].2007.

基金項(xiàng)目：南京工程學(xué)院教改項(xiàng)目“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法——在數(shù)控技術(shù)應(yīng)用類(lèi)課程模塊中的探索與實(shí)踐”，編號(hào)：JG201439。

作者簡(jiǎn)介：解乃軍（1968-），河北玉田人，南京工程學(xué)院教師，高級(jí)工程師，研究方向：數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用；王小曹（1971-），陜西藍(lán)田人，南京熊貓信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司技術(shù)副總，高級(jí)工程師，研究方向：計(jì)算機(jī)及自動(dòng)化。

（責(zé)任編輯：蔣建華）