基于西門子SINUMERIK 808D置換哈斯系統的關鍵技術研究

李省委　陳文　林宗德

摘要：基于西門子SINUMERIK808D的系統的點，將其應用于美國HASS VF-2F立式加工中心系統置換改造，本文詳細闡述了改造方案的選擇和機床的硬件及機床的軟件設計，最后進行組裝與調試，該設計具有很好的使用效果。

關鍵詞：SINUMERIK808D;數控改造;HASS VF-2F

中圖分類號：TG659 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）06-0098-02

目前，隨著我國提出中國制造2025國家戰略以來，制造業轉型升級是必由之路。轉型升級就是對生產設備的升級改造，老式數控機床由于購買的時間久，故障率較高，維修費用業比較昂貴，因此，部分企業及學校會在利用機床維修時對其進行數控系統升級改造和數控系統置換等。HASS VF-3D是在上個世紀70年代有我校購買，該加工中心日常主要服務于學生的實驗、實訓，偶爾對外進行小批量加工，且精度較高。由于該機床購買時間久，系統故障頻發，記過幾次大修故障并沒有完全解決并且每次維修都花費數萬元，因此為了徹底解決問題，學院成立項目組對該機床進行升級改造及置換原有的系統。

1 置換方案的選擇

1.1 改造方案的確定

根據我校機床的實際情況和經濟基礎，我們方案組準備兩個方案以供選擇，方案一：經濟型改造方案。在保留原有機床數控系統和主要組成部分，對原有機床的電器控制部分進行更換并從新連接，散熱風扇、伺服電機、編碼器電纜進行重新更換等。該方案成本低、工期短對學校的影響較小，但是由于保留了原有的數控系統，并沒有徹底的改變系統的不穩定性，使用一段時間后，還有可能會出現原先的故障。方案二：實用型改造方案，由于系統會出現故障，對原有的數控系統、伺服電機、變頻器和通訊協議也都進行更換。其主要保留電動機和機械部分等，這些更換起來比較麻煩，而且他們本身運行精度良好沒有必要進行更換。該方案與方案一比較，經濟投入較大，但徹底解決了問題，保證幾年后可以正常的運作。可以滿足日床的教學需求和小批量零件的加工。

因此，根基兩種方案的對比和學校的經濟狀況，決定選擇實用型改造方案，該方案關鍵是數控系統的選擇和相應配套件的選型。所有元器件更換完畢后，在對機床電器原理圖進行改造設計，對線路進行聯調，機床精度的調試，最后完成完成機床的精度驗收工作。

1.2 數控系統的置換

原數控系統是有哈斯自動化公司生產自行設計與生產，是獨立系統不依靠第三方提供數據系統，并能夠實現系統與機床的完美融合。目前，該機床存在的問題主要有與PC機通訊接口損壞;系統不穩定出現頻繁報警;CTR顯示屏老化;變頻器運行不穩、可靠性差等。

我國有兩大數控生產公司廣州數控有限公司、華中數控有限公司，我過數控系統的開發、設計、生產起步較晚，與國外的成熟公司比較還有一些差距，但考慮到本次數控系統改造主要是滿足學生的實訓需要和小批量零件的生產，加工性能及精度沒有必要追求極高。因此，數控系統選擇主流的SIEMENS經濟型數控系統SINUMERIK 808D（銑床版）、SINAMICS V60私服系統、MICROMASTER420變頻器，如圖1所示。

數控系統SINUMERIK 808D有銑床和車床兩個版本，該系統是基于操作面板緊湊型數控系統，容易維護、操作簡單等性能。配有相應的伺服系統和伺服電機及模塊化結構等。

2 硬件置換方案的分析及PLC設計

2.1 伺服電機的選擇

伺服系統做為數控機床的重要組成部分，伺服電機的選擇尤為關鍵，在選擇伺服電機的時候要滿足一下幾點：（1）滿足零件加工負載的需要，又要對負載慣量進行校對;（2）電機的穩定性及價格指標;（3）機床無負載時，電機上的力矩應小于電機的連續額定力矩的50%一下;（4）負載的慣量要小于電機本身慣量的3倍。

2.2 PLC控制與外部信息交換

數控機床PLC控制有內部集成的PLC控制和獨立的PLC控制，他們的控制方式不完全相同。實質上PLC的功能只是負責控制數控機床的部分任務，而內部的集成PLC是有數控系統發布指令，經過內部PLC邏輯運算輸入到機床，起到一個承接的作用。為了更好的從控制角度分辨機床PLC控制部分與機床信息的交換，可將機床分為三個部分，NCK部分、PLC部分、MT部分等。他們之間有四種信息交換方式：NCK到PLC、PLC到NCK，MT到PLC，PLC到MT等。

3 軟件系統的置換及設計

當系統各部件連接完畢后，首先必須先調試PLC應用程序中的相關動作，如伺服功能、急停、硬件限位等，只有在所有安全功能都正確無誤時，才能進行NC參數和驅動的調試。

本次置換及設計的數控系統主要完成一下四個功能：（1）整個數控機床的潤滑系統設計，能實現自動化控制;（2）整個機床的冷卻系統;（3）第四軸的設計;（4）三個軸向各兩個限位開關。

3.1 置換后數控機床急停控制系統的子程序設計（如圖2）

3.2 置換之后手輪的控制設計（如圖3）

3.3 置換之后自動換刀系統的控制設計（如圖4）

4 結語

基于本次數控機床的改造之前經過多方面的論證和調研，同時也根據我校的實際情況要求進行改造，并制定了2種合理的改造方案，通過綜合對比其2種方案的優劣，最終選擇實用型改造方案做為本次的方案實施項目。該項目主要從硬件（伺服電機的選擇）和軟件（急停、冷卻系統、潤滑系統、換刀等）進行設計改造，改造完成后經過空運行和零對件的加工完成的測量，都達到了機床預定要實現的目標，在數控化改造方面取得了很好的效果。

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Research on Key Technologies of Siemens SINUMERIK 808D Replacement Haas System

LI Sheng-wei，CHEN? Wen，LIN? Zong-de

（Practice Teaching Center of Minnan Institute of Technology，Shishi Fujian? 362700）

Abstract：Based on the point of SINUMERIK808D system， it is applied to the replacement transformation of HASS VF-2F vertical machining center system in the United States. This paper elaborates on the selection of the transformation scheme， the hardware and software design of the machine tool. Finally， it is assembled and debugged. The design has good application effect.

Key words：SINUMERIK808D;numerical control transformation;HASS VF-2F