西門子系統(tǒng)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(tǒng)選型

1.1 可行性分析

數(shù)控機床是企業(yè)必須具備的，如果企業(yè)僅靠購買來增添數(shù)控機床，無疑是增加了企業(yè)在設備上的成本投入，因此對機床進行改造就是企業(yè)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(shù)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(shù)控改造的基本要求。根據(jù)該機床的結(jié)構(gòu)、性能、運行狀態(tài)、現(xiàn)有加工精度，特殊功能等要求，結(jié)合電機扭矩及額定轉(zhuǎn)速﹑主軸功率﹑電纜長度和系統(tǒng)安裝空間等細節(jié)提出性能價格比較優(yōu)的選型與配置方案。該項目采用西門子840D數(shù)控系統(tǒng)(NCU573.5)和S7--300可編程控制器，伺服驅(qū)動系統(tǒng)采用四套611D交流驅(qū)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(gòu)成全閉環(huán)控制系統(tǒng)。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(xiàn)機床三軸聯(lián)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(shù)控機床采用最多的數(shù)控系統(tǒng)，也是西門子公司的主要產(chǎn)品之一。840D是一種全數(shù)字化數(shù)控系統(tǒng)，具有高度模塊化及規(guī)范化的結(jié)構(gòu)，三CPU結(jié)構(gòu):人機通信CPU、數(shù)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(tǒng)，它具有以下幾個特點:數(shù)字化驅(qū)動、軸控規(guī)模大 、可以實現(xiàn)五軸聯(lián)動、操作系統(tǒng)視窗化、軟件內(nèi)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(nèi)裝大容量的PLC系統(tǒng)、PC化、系統(tǒng)內(nèi)裝PLC最大可以配2048輸入和2048輸出，而且采用了Profibus現(xiàn)場總線和MPI多點接口通信協(xié)議，大大減少了現(xiàn)場布線。

2 零件程序的編制

數(shù)控系統(tǒng)的零件加工程序是國際標準化的ISO代碼編制的，除了840D數(shù)控系統(tǒng)編程手冊所描述的功能代碼外，還針對該機床的結(jié)構(gòu)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(zhí)行；M02-程序執(zhí)行結(jié)束，主軸，冷卻液停止；M03-主軸順時針方向旋轉(zhuǎn)，右旋螺紋進入工件方向；M04-主軸逆時針方向旋轉(zhuǎn)，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(zhuǎn)，冷卻液開；M14-主軸逆時針轉(zhuǎn)，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(jié)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(qū)動系統(tǒng)

對于進給驅(qū)動系統(tǒng)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(xiàn)象，且具有較強的過載能力。（4）進給驅(qū)動的控制電路有很好的可靠性。（5）進給驅(qū)動系統(tǒng)有較強的環(huán)境適應性。

對于主軸驅(qū)動要求，在很寬的范圍內(nèi)速度連續(xù)可調(diào)，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(tǒng)具有較寬的橫功率范圍，較短的加速時間和減速時間，調(diào)速范圍也要寬，過載能力強，電機溫度低及噪聲小等。根據(jù)以上進給驅(qū)動和主軸驅(qū)動系統(tǒng)要求，該機床選用611D驅(qū)動系統(tǒng)，滿足改造的要求，進給電機和主軸電機直接影響到數(shù)控機床的性能，要求他們不僅具有輸出恒定的轉(zhuǎn)速的特性，即在額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)可輸出恒定的轉(zhuǎn)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(qū)動通常帶有1V峰峰值正/余弦的增量編碼器，所以根據(jù)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(shù)控電氣系統(tǒng)的安裝

電氣控制電路主要包括驅(qū)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(tǒng)電氣系統(tǒng)的安裝，首先拆除原電氣控制系統(tǒng)，安裝新的電氣控制柜及數(shù)控系統(tǒng)，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(tǒng)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(tǒng)干擾，在電控柜交流設備中加裝一個阻容吸收器。

5 840D數(shù)控系統(tǒng)的啟動、安裝與調(diào)試

5.1 NC啟動

首先安裝 PCU50.3單元的HMI系統(tǒng)軟件，配置PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線參數(shù),啟動數(shù)控系統(tǒng),進入機床的參數(shù)設定界面，根據(jù)界面提示，定義各軸名稱"的參數(shù)；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(qū)動，最后設置各個軸的具體參數(shù):轉(zhuǎn)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(diào)試

按照該銑鏜床的數(shù)控系統(tǒng)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(cè)，電源模塊安裝在NCU的左側(cè)，它們用同一個電源模塊，為了提高驅(qū)動系統(tǒng)的可靠性，在該銑鏜床系統(tǒng)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(xiàn)場總線和SINUMERIK 840D數(shù)控系統(tǒng)連接，系統(tǒng)可以通電調(diào)試。首先將各種機床數(shù)據(jù)、PLC機床控制程序，報警文本等信息傳送到數(shù)控系統(tǒng)，操作機床的各種基本功能，如機床控制面板的操作、急?？刂啤⑦M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(jīng)濟價值

該機床床經(jīng)過改造后通過一段時間的運行證明，840D數(shù)控系統(tǒng)在該銑鏜床的數(shù)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(jīng)為工廠創(chuàng)造了很大的經(jīng)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(chuàng)新導報，2009.