西門子數控系統在機床中的應用

摘 要：對西門子數控系統進行了簡要概述，從調試程序一體化、改進機床類型、升級數控系統、專業控制系統的智能化驅動以及高精端控制數控模塊等方面，分析了西門子數控系統在機床改造中的具體應用情況，為今后西門子數控系統在機床中的創新發展應用提供了參考。

關鍵詞：西門子;數控系統;機床;應用改造

1 西門子數控系統

1.1? ? 系統概述

作為集合數控技術，西門子數控技術具備系統搜索、數字控制以及數控分析等功能，集各種控制功能于一體，可實現對軟件的進一步開發。同時，西門子數控系統與自動化程序實現了有效融合，保證了界面控制系統與集成化控制系統的有效對接，可以實現做功循環、溫度控制以及供應補償等功能，屬于新型軟件操作技術。隨著科學技術的快速發展，西門子控制系統可以保證資源的自動化應用，并劃分不同的操作模塊，在優化機械結構的前提下保證軟件的有效開發。

1.2? ? 主要構成

西門子數控系統屬于較為完善的控制系統，具備開發與應用功能，且在當前系統數字化程序逐步創新的基礎上，西門子系統實現了綜合發展。西門子數控系統的基本程序，可以分為PLC程序、輪廓、NC程序、信息傳輸界面以及操縱控制等部分，其中輪廓主要通過伺服控制實現做功補償。在數控機床中，伺服補償技術主要通過運轉系統與執行系統控制機電組合，通過做功進行控制與轉換，提高機床的運行效率。PLC程序與NC程序具備數字運行功能，可以傳達與執行產品傳輸與加工的基本命令，在機床改造過程中占據十分重要的地位，屬于控制模塊。在綜合控制環節中，工作人員應保證傳統機床控制系統與數字化系統的有效對接，充分發揮西門子數控系統的作用。信息傳輸界面可以通過顯示屏發揮作用，在滿足客戶基本需求的基礎上充分發揮數字化系統的實際作用，保障機床運行效率。

2 西門子數控系統在機床改造中的具體應用

作為新型的數字化控制系統，西門子數控系統升級了相關結構，可以保證其自然流暢的運行，在融合傳統程序與新程序的前提下，充分發揮其在現代數控機床控制中的作用。

2.1? ? 調試程序一體化

作為數控機床生產中的基礎環節，機床調試十分關鍵。西門子數控系統運行期間應用了數字化控制程序，為了更好地適應現代機床的控制模式，應兼容機床控制結構與數控系統結構，嚴格控制做功功率。比如，在現代數控機床改造過程中，西門子系統可以綜合對接傳統機床與NC程序，保證程序的調試效果，且在調試期間可以及時根據故障問題改造兼容性較低的數控結構，確保機床系統運行的通暢性。

2.2? ? 改進機床類型

傳統機床結構簡單，且操作環節較少，工藝技術結構并不復雜，降低了運行成本。但傳統機床的運行效率較低，產品加工方面存在較多漏洞，無法保證運行質量，不能滿足現代市場的商品需求。對此，工作人員應全面深化改革現代機床應用技術，綜合西門子控制技術與現代系統技術，結合傳統數字化系統的運行模式，升級改革系統內部資源。比如，在現代新型加工技術中，西門子系統具備更高的伺服做功速率，在改進現代數控機床技術后，可以保證西門子數字化系統與新型機床控制有效對接，優化創新現代機床的控制技術，完善機床系統運行結構，促進現代數控技術的綜合發展。

2.3? ? 升級數控系統

在現代機床控制系統中，西門子系統應保證全面升級，并優化創新新型的數控結構，保證對接程序系統的良性建立。PLC程序與NC編程均屬于現代西門子數控系統數字控制技術的組成部分，在PLC系統中可以引入虛擬數據平臺，保證融合擴展系統數據資源，實現模塊化安裝，進一步強化傳統機床的自動化運行水平。比如，現代數控機床的常見輸入點與切換點已經由之前的2 000個增加至2 048個，明顯提高了PLC程序自動化控制系統的綜合應用效率，完善了自動化控制系統與數據輸入系統的資源結構。同時，在數控機床改造過程中，升級NC編程技術也至關重要，比如在運行NC編程系統時，若采用智能化C語言編碼技術，可以升級優化現代控制系統的運行情況，確保系統運行資源數字運算算法與編程控制工作的協調性。除此之外，NC編程系統也具備一定的輔助功能，工作人員應根據系統不同的運行情況合理選擇操作結構，保證控制效果，為此后機床運行做功補償工作打下良好基礎。為了進一步完善機床的運行結構，工作人員還應改變傳統機床的運行控制模式，保證數字做功效率，合理對接機床做功數字化系統。

2.4? ? 專業控制系統的智能化驅動

在現代數控機床的控制工作中，西門子系統具有十分重要的作用，可以智能化驅動數控機床控制系統與專業制造系統。比如，可編程模塊、人機對話結構、數字控制器等均屬于西門子系統的關鍵組成部分，具備良好的控制效果。為了保證現代機床系統的智能化分配，相關工作人員應模塊分層化控制專業的操作系統，根據不同的數字化控制模塊運行情況，相互關聯新系統與雙向控制系統。比如，現代控制系統中應用西門子技術可以實現原系統的優化與改革，保證發揮不同的控制作用，完善現代系統結構。人工操作系統、質量檢驗系統以及產品加工系統等均屬于現代數控系統的組成部分，機床中引入新型智能模塊化管理技術，可以保證機床同時運行不同的工作系統，拓展完善現代資源的供應結構，提高了系統的工作效率。同時，西門子系統還可以進行模塊化智能管理，提高了機床的生產性能。在實際生產過程中，某一生產環節出現操作故障時，控制人員僅需要修理故障模塊，降低了維修成本，提高了現代數控機床的一體化管理水平。

2.5? ? 高精端控制數控模塊

為了高精端控制現代機床逐步完善運行結構，工作人員應在機床改造環節中合理使用西門子數控技術。新型西門子數控系統包括828D、840D等軟件控制系統，可以實現數字化控制、遠程診斷以及遠程驅動控制等功能，通過合理融合不同模塊系統，機床可以實現產品的數字化加工，保障了現代系統模塊的綜合性拓展。比如，西門子數控系統中的遠程控制系統具備加工、生產以及檢驗產品的功能，將更完善的智能檢驗系統應用于數控檢驗結構中，工作人員可以利用遠程控制界面檢查機床的實際運行狀態，完成綜合性檢驗。除此之外，在高精端遠程控制系統中，相互融合遠程控制與系統程序可以保證系統的綜合性應用，實現自動化檢驗，在自動設定調試時間的基礎上，自動更新數字化系統。由此看出，機床改造過程中應用西門子系統可以明顯增強數字機床的應用效果，為機床技術的創新改造提供了更多依據。

3 西門子數控系統在機床中的應用案例

本文以某臺機床的數控系統改造為例，詳細介紹西門子數控系統的應用改造方案。

3.1? ? 改造方案

（1）針對數控系統與驅動部分，引入了SINUERIK 828D數控系統，此系統基于SIMATICS7-200的PLC構架，使用“Programming Tool PLC 828”軟件編輯診斷的PLC程序，其核心部件為PCU，集成通信與PLC人機界面，簡化了安裝流程，可靠性明顯得到提升。在邏輯設計期間引入了標準的PLC編程語言，可以隨機提供標準的PLC實例程序，縮短了設計周期，保證了設計工作的合理進行。

（2）機械部分，某機床具備良好的機械應用性能，無需進行大規模修復。但系統采用了電動卡盤，夾緊效果較差，實際應用期間應對其進行更換，將電動卡盤改為手動卡盤。

（3）電氣部分，原機床具備復雜的電氣結構，在引入西門子828D系統后，控制線路得到明顯簡化，提高了線路穩定性。實際改進期間，工作人員應拆除大部分無用連接線，僅保留部分輸出與輸入控制信號，包括限位控制信號以及刀架控制信號等。原控制信號為負極性時，應將其改造為正極性輸出與輸入信號。同時，應準備兩臺24 V電源盒，一臺為輸入與輸出系統提供電源，另一臺為主機供電。除此之外，原驅動控制線采用九針插頭，運行期間較易出現故障，應及時將其改造為符合西門子要求的15針插頭。

3.2? ? 改造措施及內容

（1）改造后，工作人員應根據調試手冊做好硬件設施的連接工作，仔細檢查調試，確保連接無誤。

（2）合理設定電氣配置基本參數，在調試NC系統時包括設定基本參數與系統初始化兩部分，其中基本參數包括齒輪傳動比、坐標加速度及速度、位置控制以及回參考點等方面。系統在引入西門子828D系統后，PLC系統操作更為簡便靈活，系統采用了梯形圖編制程序，在CD盤工具盒中設置文件庫系統，為銑床與車床編制了靈活可行的編程實例。此次主要針對標準機床進行改造，根據子程序的實際運行情況定義不同功能，包括急停處理、各坐標軸控制、潤滑控制、冷卻控制以及系統初始化等。

（3）注意改造細節，工作人員在系統首次上電調試期間應設定必要的PLC機床數據，明確機床的基本類型與系統參數，調試期間驅動器若沒有就緒，可以將PLC機床參數0設定為1，以保證在系統退出時機床能急停。在完成驅動器調試工作后，還應將參數重新設定為0。在使用雙極性主軸時，無需定義Q0.0與Q0.1。當使用單極性主軸時，應在PLC程序中去除Q0.0與Q0.1，以免損壞系統。除此之外，PLC程序涉及銑床與車床的邏輯定位關系時，應結合實際運行情況進行適當調整，保證運行效果。

3.3? ? 系統調試

（1）系統上電，工作人員應仔細檢查接線情況，保證連接無誤，以免損壞模塊。（2）設置參數，在完成系統啟動工作后，出現700 000用戶報警號時，可以將PLC參數MD14510[0]設定為1，保證車床的正常運行。在重新啟動系統后，若出現多用戶報警情況時，設置PLC參數MD14510[10]=17、MD14510[11]=

23、MD14510[14]=21、MD14510[15]=19、MD14512[0]=AFH、MD14512[1]=1H、MD14512[2]=B0H、MD14512[5]=2H、MD14512[7]=5H等，以及時消除報警問題。

（2）設置坐標參數，機床系統X軸與Z軸保持一致的配置參數，而X軸不帶有抱閘，Z軸帶有抱閘，根據系統的運行情況設置PLC程序。比如，在設置X軸參數時，工作人員應及時根據調試情況進行調整，保證機電設備的良性運行。PLC系統控制坐標運動，準確判斷外部信號的實際運行情況，當符合條件時，X軸可以正常運行。為了保證系統的安全運行，工作人員還應設定軟限位，根據工作的實際情況設定參數MD36100、MD36120以及MD36110、MD36130，在回參考點后，軟限位才可以生效。

（3）設置主軸參數，此機床主軸安裝了編碼器，工作人員應合理設定參數，以保證主軸處于點動運行模式。

（4）設置參考點參數，為了保證系統精準識別機床零點，系統應同步測量主軸系統，回參考點。828D系統主要在參考點的基礎上設定基本功能，包括LEC補償、MDA方式等方面，回到參考點后才可以進行操作。同時，機床帶有減速開關，零脈沖在減速開關前，機床應根據方向鍵設定每個軸向參考點，并注意避免碰撞。

（5）補償，加工工件時，力傳遞與測量系統會產生差錯，加工輪廓偏離預期的幾何曲線，降低了機床的加工精確度，且受機械力與溫差的影響，大型工件的加工也會影響精度，此時可以進行運行補償，包括自動漂移補償、背隙補償以及螺補等。

（6）調試驅動器，主要包括升級固件以及電源配置等方面，驅動器電源與電機模塊指示燈應保證2 Hz的頻率，交替顯示紅綠燈，且828D分配軸應采用Startup-too自動軟件進行設定。

（7）NC調試，在HMI上集成先進的伺服優化軟件，自動設定速度環與位置環，保證各軸的獨立運行。

3.4? ? 改造效果

該機床經過改造后，機床操控性與可靠性得到明顯提升，降低了投資成本，為企業帶來了良好的經濟效益。

4 結語

西門子數控系統引入了先進的數字控制模式，可以保證系統運行的精確化與標準化。西門子數控系統為機床控制工作的順利進行提供了更為高效的保障，為未來數字化機床的發展與應用提供了更多依據。比如，現代機床在引入西門子技術后可以隨機轉變數字可控程序，融合檢驗系統與機床加工系統，保證產品安裝與機床加工的一體化，為未來數字化機床的創新發展提供了無限可能。

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收稿日期：2019-12-27

作者簡介：張愛雙（1972—），男，河北唐山人，助理工程師，研究方向：機電一體化、西門子數控機床等。