車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)后的整機(jī)調(diào)試

井建康，劉國群，丁世均，劉祖其

（1.新疆石油學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830000；2.浙江萬向系統(tǒng)有限公司，浙江 杭州 311202；3.克拉瑪依理工學(xué)院，新疆 克拉瑪依833600）

0 引言

普通機(jī)床數(shù)控化改造后，通常還不能正常工作，還必須進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、整機(jī)調(diào)試，機(jī)床的精度、性能和功能等檢驗(yàn)。整機(jī)調(diào)試分機(jī)械參數(shù)調(diào)試和電氣參數(shù)的設(shè)置與調(diào)試。機(jī)械參數(shù)調(diào)試主要是機(jī)床導(dǎo)軌、主軸、滾珠絲杠、傳動環(huán)節(jié)的間隙等的精度調(diào)試；電氣參數(shù)調(diào)試主要是參考點(diǎn)、主軸、坐標(biāo)軸、補(bǔ)償、PLC 等參數(shù)的設(shè)置和調(diào)試。對于電氣參數(shù)調(diào)試，這里要特別提醒： 一是參數(shù)調(diào)試或修改前，必須了解參數(shù)的功能和熟悉原設(shè)定值，不正確的參數(shù)設(shè)置或更改會造成嚴(yán)重后果；二是參數(shù)設(shè)置或修改好后，必須重新啟動數(shù)控裝置機(jī)床才能生效；三是熟悉參數(shù)常用鍵的功能，確保參數(shù)設(shè)置無誤。下面介紹普通車床數(shù)控化改造后的參數(shù)設(shè)置與調(diào)試，機(jī)床精度、性能、功能等的檢驗(yàn)步驟和方法。

1 整機(jī)調(diào)試

1.1 準(zhǔn)備工作

普通車床完成機(jī)械和電氣改造后，機(jī)床還不能正常工作，必須進(jìn)行整機(jī)調(diào)試，或稱機(jī)電聯(lián)調(diào)。調(diào)試步驟分強(qiáng)電和弱電二步，數(shù)控系統(tǒng)外圍的調(diào)試稱為強(qiáng)電調(diào)試，為適應(yīng)數(shù)控機(jī)床需要而調(diào)整機(jī)床參數(shù)的調(diào)試稱為弱電調(diào)試，如PLC 用戶程序等。整機(jī)通電前，斷開CNC 單元至伺服單元的電源插頭，這是一項(xiàng)安全措施以防止不正確的電源進(jìn)入造成數(shù)控系統(tǒng)的損壞。了解這一過程對于理解數(shù)控機(jī)床的控制原理、故障診斷與維修很重要。

通電檢查，對整機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和調(diào)試，在系統(tǒng)通電前要做好以下準(zhǔn)備工作： ①仔細(xì)檢查機(jī)械和電器安裝部分是否完成，保證無接線錯誤，避免燒壞模塊；②準(zhǔn)備好用戶手冊，SINUMERIK802S/C base line 的操作和編程手冊；③準(zhǔn)備好PC/PG（編程工具），用于數(shù)據(jù)保護(hù)和串行調(diào)試；④準(zhǔn)備好Too1Box（工具盒）；⑤斷開CNC單元至伺服單元的電源插頭。

1.2 基本規(guī)則

（1）調(diào)試順序。調(diào)試順序包括CNC 引導(dǎo)情況、PLC 調(diào)試、設(shè)置技術(shù)數(shù)據(jù)、設(shè)置通用機(jī)床數(shù)據(jù)、設(shè)置坐標(biāo)軸/機(jī)床專用的機(jī)床數(shù)據(jù)、坐標(biāo)軸/主軸編碼器匹配、坐標(biāo)軸/主軸給定值設(shè)置、測試坐標(biāo)軸/主軸的空運(yùn)行情況、驅(qū)動調(diào)試、調(diào)試結(jié)束、數(shù)據(jù)保護(hù)。

（2）保護(hù)級。保護(hù)級分為0～7 級，0 為最高級，7為最低級，系統(tǒng)出廠時已設(shè)置了保護(hù)級2 和3 的缺省密碼。0和1 無保護(hù)，西門子內(nèi)部使用；2 的保護(hù)密碼是EVENING（缺?。瑱C(jī)床制造廠使用；3 的保護(hù)密碼是CUSTOMER（缺?。{(diào)試者使用；4 級無保護(hù)，用戶接口信號PLC→NCK，調(diào)試者使用；5～7 級為用戶接口信號PLC→NCK。

1.3 上電和系統(tǒng)引導(dǎo)

（1）目測檢查，機(jī)械結(jié)構(gòu)安置是否正確？ 電路連接是否可靠？ 電源是否連接好？ 屏幕和接地線是否連接好？

（2）接通電源，給系統(tǒng)供電。

（3）調(diào)試開關(guān)（硬件）0～7： CNC 中的調(diào)試開關(guān)S3 用于系統(tǒng)的開機(jī)調(diào)試，位置0 為正常引導(dǎo)，位置1 為標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床數(shù)據(jù)引導(dǎo)，位置2 為系統(tǒng)軟件升級，位置3 為備份數(shù)據(jù)引導(dǎo)，位置4 為PLC 停止，位置5 為保留，位置6-7 為給定。

（4）調(diào)試開關(guān)（軟件）： 引導(dǎo)系統(tǒng)（相當(dāng)于調(diào)試開關(guān)0），標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床數(shù)據(jù)引導(dǎo)（相當(dāng)于調(diào)試開關(guān)1），備份數(shù)據(jù)引導(dǎo)（相當(dāng)于調(diào)試開關(guān)3）。

（5）軸參數(shù)設(shè)置。首先設(shè)置參數(shù)讓軸動起來。選用西門子的802C 系統(tǒng)和611 驅(qū)動器以及IFK7 的伺服電機(jī)。把系統(tǒng)和驅(qū)動器電機(jī)連好后，電機(jī)可能不會動。這時就需設(shè)置機(jī)床數(shù)據(jù)，軸數(shù)據(jù)等參數(shù)，要通過工具軟件設(shè)定電機(jī)參數(shù)。802C 和802S 是同一本手冊，用SIMOCOM U 配置611U，PLC 編程如果無誤軸就應(yīng)該動起來。接著再定義各項(xiàng)M 指令，如選擇啟動、停止等指令。

1.4 PLC 參數(shù)調(diào)試

（1）PLC 調(diào)試。PLC 的參數(shù)調(diào)試包括PLC 的初始運(yùn)行、PLC 的啟動方式、PLC 的報(bào)警、機(jī)床控制面版區(qū)布局、編程工具、指令集、程序管理、數(shù)據(jù)管理、連接控制系統(tǒng)接口、測試和監(jiān)控用戶程序。

（2）PLC 用戶程序的下載/上載/復(fù)制/比較。使 用802C 編程工具下載PLC 程序，使用WinPCIN 工具調(diào)試PLC 數(shù)據(jù)；PLC 用戶程序可以用802C 編程工具或Win-PCIN 工具保存。

1.5 初始化調(diào)試

在系統(tǒng)引導(dǎo)成功之后，初始化調(diào)試之前，將含有設(shè)定好機(jī)床數(shù)據(jù)的文件導(dǎo)入控制系統(tǒng)。

（1）輸入通用機(jī)床數(shù)據(jù)。給系統(tǒng)供電，自動裝入標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床數(shù)據(jù)。首先輸入一個保護(hù)級別2 或3 的密碼；然后通過軟件選擇對通用機(jī)床數(shù)據(jù)、軸數(shù)據(jù)、顯示機(jī)床數(shù)據(jù)、機(jī)床其它數(shù)據(jù)等17 個數(shù)據(jù)進(jìn)行修改。如： 41110=0 JOG 方式進(jìn)給率、41200=0 主軸速度、42000=0 起始角度、42100=5000 空運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)給率。這些數(shù)據(jù)輸入后立即被寫入到數(shù)據(jù)存儲器中。

（2）坐標(biāo)軸調(diào)試。802C 帶有三個伺服電機(jī)進(jìn)給軸（X、Y、Z）。接口X7 輸出：X 軸（SW1、BS1、RF1.1、RF1.2），Y 軸（SW2、BS2、RF2.2、RF2.2），Z 軸（SW3、BS3、RF3.1、RF3.2）。

模擬/伺服驅(qū)動通過改變坐標(biāo)軸機(jī)床參數(shù)MD30130和30240 的值，使給定值輸出和編碼器輸入在模擬/驅(qū)動之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。MD30130=0/1，接口X7 無模擬輸出/有輸出；30240=0/2，模擬/產(chǎn)生方波信號。

（3）引導(dǎo)系統(tǒng)功能設(shè)置。引導(dǎo)系統(tǒng)檢查： 接通電源，如無故障顯示，系統(tǒng)在JOG 運(yùn)行方式下進(jìn)入回參考點(diǎn)狀態(tài)，調(diào)試順序先確定機(jī)床回參考點(diǎn)，查減速開關(guān)是否正常，然后檢查以上參數(shù)。如軸不動，說明參數(shù)有問題，應(yīng)檢查30130〔X、Z〕=1（模擬給定量輸出到軸控接口）、30200（主軸有編碼器反饋）、30240〔X、Z〕=3（主軸帶測量系統(tǒng)）、30240（X、Z）=2（TTL 編碼器）、34200（X、Z）=1（電機(jī)編碼器參考點(diǎn)零脈沖）、34200（X、Z）=4 （電機(jī)編碼器參考點(diǎn)零脈沖等參數(shù)的設(shè)置是否正常）、32100 （X、Z）=1 或-1 （進(jìn)給軸移動方向電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向）、32020（X、Z）=（電機(jī)編碼器型號及編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)）、32110（實(shí)際值方向）。系統(tǒng)第一次開機(jī)會自動產(chǎn)生一個初始狀態(tài)，所有的存儲區(qū)初始化，存儲器中所存儲的標(biāo)準(zhǔn)值作為初始值設(shè)置。

（4）傳動系統(tǒng)功能設(shè)置。檢查傳動系統(tǒng)31030（X、Z）=（絲杠螺距）、31100（X、Z）=1000（脈沖監(jiān)控）、31110（X、Z）=10（脈沖監(jiān)控）、31050（Z）=（減速箱電動機(jī)端齒輪齒數(shù)）、31060（X）=（減速箱絲杠端齒輪齒數(shù)的機(jī)械參數(shù)是否正常）。

（5）根據(jù)電動機(jī)設(shè)定相關(guān)的速度參數(shù)。檢查電動機(jī)轉(zhuǎn)速，軸速度/絲杠螺距。32000（X、Z）=4800（最大軸速度G00）、32010（X、Z）=4800（點(diǎn)動快速）、32020（X、Z）=3000（點(diǎn)動速速）、32260（X、Z）=1200（電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速）、36200（X、Z）=4900（坐標(biāo)速度極限等參數(shù)是否正常）。

（6）回參考點(diǎn)的設(shè)置與調(diào)試。802C 參考點(diǎn)有關(guān)的幾個參數(shù)號的含義是：34000 （X、Z）=1 （減速開關(guān)生效）、34010（X、Z）=0/1（減速開關(guān)方向：0-正,1-負(fù)）、34020（X、Z）=2000（尋找減速開關(guān)速度）、34040（X、Z）=300（尋找零脈沖速度）、34050（X、Z）=0/1（零脈沖位置在： 0-開關(guān)外，1-開關(guān)內(nèi)）、34060（尋找接近開關(guān)最大距離）、34070（X、Z）=200（參考點(diǎn)定位速度）、34080（X、Z）=0 （檢測到零脈沖后的移動距離）、34100（X、Z）=0、34100（X）（參考點(diǎn)位置值），802C 系統(tǒng)的很多功能都建立在參考點(diǎn)的基礎(chǔ)上。只有在回參考點(diǎn)后才能操作生效。第一次回參考點(diǎn)時務(wù)必小心，避免碰撞。

（7）軟件限位及反向間隙補(bǔ)償設(shè)置（要寫入實(shí)測值）。當(dāng)回參考點(diǎn)確定后，應(yīng)該設(shè)置軟件限位。36100（X、Z）=（軸負(fù)向軟限位值），36110 （X、Z）=（軸正向軟限位值是否正常）。測試反向間隙，并進(jìn)行反向間隙補(bǔ)償，32450（X、Z）=（反向間隙）。

（8）主軸參數(shù)設(shè)置與調(diào)試。該機(jī)床需要加工螺紋，所以主軸安裝了編碼器。主軸參數(shù)設(shè)置如下：

主軸參數(shù)有：30130（PS）=1（模擬量輸出）、30240（PS）=0/2（模擬/方波發(fā)射器，主軸帶測量系統(tǒng)）、36300（PS）=110000（主軸監(jiān)控頻率）、31020(PS)=2048（編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)）、32260（PS）=3000（主軸轉(zhuǎn)速）、36200（PS）=3100（主軸最大速度）、30200（主軸有編碼器反饋）及35110（PS）=3000（齒輪換檔速度）、35130（PS）=3100（齒輪級速度）、35150（PS）= 0.1（主軸速度容差），通過這些參數(shù)的設(shè)置，主軸就可以在點(diǎn)動模式下運(yùn)行了。主軸調(diào)試時必須輸入機(jī)床數(shù)據(jù)，43210 可編程的主軸速度極限值為G25、G26和主軸速度極限值G96。

（9）坐標(biāo)軸參數(shù)及驅(qū)動特性設(shè)置。由于X 軸和Z 軸設(shè)置基本一致，所不同的是Z 軸電機(jī)帶抱閘，而X 軸不帶抱閘，下面只介紹X 軸參數(shù)的主要設(shè)置。

參數(shù)設(shè)置根據(jù)調(diào)試情況可作適當(dāng)調(diào)整，直到機(jī)電均運(yùn)行良好。坐標(biāo)的運(yùn)動是由PLC 控制的，PLC 判斷檢測外部信號，如果具備條件，X 坐標(biāo)就可以運(yùn)行了。

伺服電機(jī)的動態(tài)特性調(diào)試是通過調(diào)整伺服驅(qū)動SIMODRIVE611U 上的微調(diào)電位器進(jìn)行的。調(diào)試時可利用示波器通過伺服驅(qū)動SIMODRIVE611U 的測試點(diǎn)，監(jiān)控并調(diào)整速度跟隨特性，當(dāng)速度環(huán)調(diào)試完畢后可根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整位置增益，32200 （位置環(huán)增益參數(shù)）、31020 （X、Z）=1000 （伺服電機(jī)編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)）。為了增加安全性，除了硬限位外，還可設(shè)置軟限位。

參數(shù)：36100（X）=（一級負(fù)軟限位）、36120（二級負(fù)軟限位）、36110 （X）=（一級正軟限位）、36130 （二級正軟限位）。這些可根據(jù)工作需要實(shí)際情況設(shè)置。軟限位只有在回參考點(diǎn)之后才生效。

（10）絲杠螺距誤差補(bǔ)償設(shè)置。對每一坐標(biāo)軸，確定補(bǔ)償點(diǎn)數(shù)（如10 點(diǎn)）及補(bǔ)償間隔（如10mm），實(shí)測后進(jìn)行設(shè)定。螺距誤差按軸進(jìn)行，而且必須在返回參考點(diǎn)后才生效。參數(shù)38000〔X、Z〕=10、32700〔X、Z〕=1 為補(bǔ)償參數(shù)設(shè)置。SINUMERIK802C 有三種補(bǔ)償：背隙補(bǔ)償，螺 補(bǔ)（LEC），自動漂移補(bǔ)償。背隙補(bǔ)償是補(bǔ)償機(jī)械間隙，如反向間隙；LEC 是對坐標(biāo)軸進(jìn)行補(bǔ)償；自動漂移補(bǔ)償是對因?yàn)闇夭疃a(chǎn)生的漂移補(bǔ)償。

通過以上參數(shù)設(shè)置，主軸可以在點(diǎn)動模式下運(yùn)行了，初始化調(diào)試完成。

1.6 調(diào)試結(jié)束

（1）密碼保護(hù)。把用于保護(hù)級2 的缺省值“EVEVING”更改為自己熟悉的密碼。如果在調(diào)試過程中，機(jī)床生產(chǎn)廠商使用了保護(hù)級2 的密碼 “EVEVING”，則必須要對此進(jìn)行修改。

保護(hù)方法是→按軟件 “修改口令”，輸入新的密碼，并按“確認(rèn)鍵”，完成密碼保護(hù)。

（2）保護(hù)級復(fù)位。為了保護(hù)調(diào)試時所設(shè)置的數(shù)據(jù)，必須進(jìn)行內(nèi)部數(shù)據(jù)保護(hù)，調(diào)到保護(hù)級7（用戶），否則在進(jìn)行數(shù)據(jù)保護(hù)時會把保護(hù)級2 也一起保護(hù)起來。

保護(hù)方法是→按軟件“關(guān)閉口令” →保護(hù)級復(fù)位完成。

（3）內(nèi)部數(shù)據(jù)保護(hù)。調(diào)試結(jié)束，要進(jìn)行內(nèi)部數(shù)據(jù)保護(hù)。

保護(hù)方法是→按軟件 “數(shù)據(jù)存儲” →內(nèi)部數(shù)據(jù)保護(hù)完成。各項(xiàng)機(jī)床數(shù)據(jù)調(diào)試完成后，關(guān)閉口令，存儲數(shù)據(jù)。

（4）循環(huán)啟動。把標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)裝入控制系統(tǒng)：將刀補(bǔ)、零件數(shù)據(jù)存入FLASH 存儲器或PG 編程器，這些數(shù)據(jù)可在通訊菜單中選擇，按 “數(shù)據(jù)輸出” 軟件執(zhí)行傳輸。從工具軟盤中選擇所需要的技術(shù)路經(jīng)文件，裝入控制系統(tǒng)。重新通電，裝好保存的數(shù)據(jù)。

2 結(jié)束語

近幾年，把普通機(jī)床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，已成為我國廣大企業(yè)設(shè)備投資的重要組成部分。普通機(jī)床的數(shù)控化改造，不論是選什么機(jī)型，還是選什么數(shù)控系統(tǒng)，改造方法和步驟基本上差別不大，但參數(shù)設(shè)置和調(diào)試數(shù)據(jù)與選數(shù)控系統(tǒng)有關(guān)，不同的數(shù)控系統(tǒng)是有差異的，普通機(jī)床的數(shù)控化改造的參數(shù)設(shè)置與機(jī)電聯(lián)調(diào)，綜合了多門專業(yè)課知識的一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課，很適合機(jī)電類學(xué)生的專業(yè)課實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)，也適合數(shù)控機(jī)床維護(hù)與維修人員參考。改造實(shí)例深受用人單位的歡迎，值得職業(yè)技術(shù)學(xué)院、企業(yè)培訓(xùn)借鑒。

[1] 劉祖其，劉海. 數(shù)控機(jī)床電氣控制[M].北京：高等教育出版社，2013.

[2] 王侃夫.數(shù)控機(jī)床控制技術(shù)與系統(tǒng)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[3] 嚴(yán)建紅.數(shù)控機(jī)床及其應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2008.