西門子系統在SKODA250銑鏜床改造中的應用

金英浩

（哈爾濱電機廠有限責任公司，黑龍江 哈爾濱 150040）

1 改造目的及系統選型

1.1 可行性分析

數控機床是企業必須具備的，如果企業僅靠購買來增添數控機床，無疑是增加了企業在設備上的成本投入，因此對機床進行改造就是企業的新的選擇。SKODA250落地銑鏜床是七十年代從捷克引進的普通機床數顯機床，故障繁多，可靠性差，已不能滿足時代的要求，該機床機械傳動采用了定比齒輪箱和滾珠絲杠，機械精度好，傳動精度較高，能夠滿足數控改造的基本要求。根據該機床的結構、性能、運行狀態、現有加工精度，特殊功能等要求，結合電機扭矩及額定轉速﹑主軸功率﹑電纜長度和系統安裝空間等細節提出性能價格比較優的選型與配置方案。該項目采用西門子840D數控系統(NCU573.5)和S7--300可編程控制器，伺服驅動系統采用四套611D交流驅動及1PH7交流異步伺服電機和1FT6交流伺服電機，并與位置檢測元件一起構成全閉環控制系統。取代原有電器控制元件，重新配制電氣控制柜。改造后該銑鏜床有一個主軸和四個進給軸，編制了新的PLC邏輯控制程序，實現機床三軸聯動，進行三維的立體加工。

1.2 840D簡介

840D是西門子公司于1994年研制的適合于各種控制領域，是目前數控機床采用最多的數控系統，也是西門子公司的主要產品之一。840D是一種全數字化數控系統，具有高度模塊化及規范化的結構，三CPU結構:人機通信CPU、數字控制CPU和可編程邏輯控制器CPU。三部分在功能上既相互分工，又互為支持。NC-CPU和PLC-CPU合成在NCU中，但在邏輯功能上相互獨立。相對于前幾代系統，它具有以下幾個特點:數字化驅動、軸控規模大 、可以實現五軸聯動、操作系統視窗化、軟件內容豐富功能強大、具有遠程診斷功能、保護功能健全、硬件高度集成化、模塊化設計、內裝大容量的PLC系統、PC化、系統內裝PLC最大可以配2048輸入和2048輸出，而且采用了Profibus現場總線和MPI多點接口通信協議，大大減少了現場布線。

2 零件程序的編制

數控系統的零件加工程序是國際標準化的ISO代碼編制的，除了840D數控系統編程手冊所描述的功能代碼外，還針對該機床的結構特點，通過PLC編程控制機床，使其具有如下輔助的M代碼功能:

M00--程序停止，但不復位。主軸，冷卻液停止；M01-選擇程序停止，但不復位，需操作確認才執行；M02-程序執行結束，主軸，冷卻液停止；M03-主軸順時針方向旋轉，右旋螺紋進入工件方向；M04-主軸逆時針方向旋轉，右旋螺紋進入工件方向；M05-主軸停止，冷卻液關閉；M06-換刀，手動或自動換刀，不包括選刀；

M07-2號冷卻液開；M08-1號冷卻液開；M09-所有冷卻液關；M10-夾緊工作臺，工件，夾具，主軸等；M11-放松；M13-主軸順時針轉，冷卻液開；M14-主軸逆時針轉，冷卻液開；M15-正向快速移動；M16-反向快速移動；M19-主軸定位停，包括M05；M30-主程序結束，并返回程序開始處，冷卻液停止；M41-SPⅠ主軸一檔； M42-SPⅡ主軸二檔。M43-SPⅢ主軸三檔；M44-SPⅣ主軸四檔。

M50-3號冷卻液開；M51-4號冷卻液開。

3 250銑鏜床伺服驅動系統

對于進給驅動系統的要求:（1）有較高的控制精度。（2）有較好的跟蹤性能。（3）無爬行的現象，且具有較強的過載能力。（4）進給驅動的控制電路有很好的可靠性。（5）進給驅動系統有較強的環境適應性。

對于主軸驅動要求，在很寬的范圍內速度連續可調，以滿足各種零件加工工藝的要求，并在各種速度下提供恒定的切削功率，一般主軸系統具有較寬的橫功率范圍，較短的加速時間和減速時間，調速范圍也要寬，過載能力強，電機溫度低及噪聲小等。根據以上進給驅動和主軸驅動系統要求，該機床選用611D驅動系統，滿足改造的要求，進給電機和主軸電機直接影響到數控機床的性能，要求他們不僅具有輸出恒定的轉速的特性，即在額定轉速范圍內可輸出恒定的轉矩，而且還具有非常強的過載能力。 該機床選四臺 IFT6型進給軸電機和一臺IPH7主軸電機。

測量部件選擇，因伺服電機頻率F=1400HZ，驅動通常帶有1V峰峰值正/余弦的增量編碼器，所以根據該機床的要求，SP主軸選擇1024P/R位置編碼器，進給軸測量元件選光柵尺，長度分別為16240mm和4640mm。

4 數控電氣系統的安裝

電氣控制電路主要包括驅動電路、位置反饋電路、電源及保護電路、開關信號連接電路、輔助功能控制電路。該系統電氣系統的安裝，首先拆除原電氣控制系統，安裝新的電氣控制柜及數控系統，將機床上電氣元件的信號線連接到控制柜接線端子，通過加工的法蘭和齒輪安裝電機，連接HEIDENHEIN光柵尺接口信號。該系統按標準做了一定的接地保護，電機電纜獨立走線。強電柜中安裝了大量的接觸器，繼電器，還有作為負載的電動機，為了減少強電動作對系統干擾，在電控柜交流設備中加裝一個阻容吸收器。

5 840D數控系統的啟動、安裝與調試

5.1 NC啟動

首先安裝 PCU50.3單元的HMI系統軟件，配置PROFIBUS-DP現場總線參數,啟動數控系統,進入機床的參數設定界面，根據界面提示，定義各軸名稱"的參數；然后把幾何軸分配到通道、幾何軸的名稱、設定哪個機床軸通道有效、編程時所用的軸；然后在這里匹配驅動，最后設置各個軸的具體參數:轉速極限、最高速度、位置增益、定位誤差、報警極限等等。

5.2 安裝與調試

按照該銑鏜床的數控系統與電氣設計圖紙，完成硬件連接，這里特別說明的是主軸模塊和進給模塊安裝在NCU模塊的右側，電源模塊安裝在NCU的左側，它們用同一個電源模塊，為了提高驅動系統的可靠性，在該銑鏜床系統中還配置了120KW線路電抗器（電感器+鋁箔單元）。并將安裝有SIMATIC S7-300的編程軟件的計算機通過PROFIBUS-DP現場總線和SINUMERIK 840D數控系統連接，系統可以通電調試。首先將各種機床數據、PLC機床控制程序，報警文本等信息傳送到數控系統，操作機床的各種基本功能，如機床控制面板的操作、急停控制、進給伺服和主軸上電順序和使能控制、行程限位保護控制、手持單元操作控制、報警處理、回參考點控制等；另外還有外圍設備的控制功能，如液壓、潤滑、冷卻、進給軸機械夾緊放松、刀具夾緊放松、主軸換擋等。

6 改造后的實用價值和經濟價值

該機床床經過改造后通過一段時間的運行證明，840D數控系統在該銑鏜床的數控改造中的應用是成功的，技術是先進的，達到了預期的目標。該機床的改造成功，已經為工廠創造了很大的經濟效益。

[1]吳海燕.用西門子可編程控制器對T68鏜床進行線路改造[J].機電設備，2008.

[2]王雙，穆亞輝.西門子S7-200PLC控制改造T68鏜床[J].科技創新導報，2009.