基于西門子SINUMERIK 808D置換哈斯系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究

李省委　陳文　林宗德

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

關(guān)鍵詞：SINUMERIK808D;數(shù)控改造;HASS VF-2F

中圖分類號：TG659 文獻(xiàn)標(biāo)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(zhàn)略以來，制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級是必由之路。轉(zhuǎn)型升級就是對生產(chǎn)設(shè)備的升級改造，老式數(shù)控機床由于購買的時間久，故障率較高，維修費用業(yè)比較昂貴，因此，部分企業(yè)及學(xué)校會在利用機床維修時對其進行數(shù)控系統(tǒng)升級改造和數(shù)控系統(tǒng)置換等。HASS VF-3D是在上個世紀(jì)70年代有我校購買，該加工中心日常主要服務(wù)于學(xué)生的實驗、實訓(xùn)，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(tǒng)故障頻發(fā)，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(shù)萬元，因此為了徹底解決問題，學(xué)院成立項目組對該機床進行升級改造及置換原有的系統(tǒng)。

1 置換方案的選擇

1.1 改造方案的確定

根據(jù)我校機床的實際情況和經(jīng)濟基礎(chǔ)，我們方案組準(zhǔn)備兩個方案以供選擇，方案一：經(jīng)濟型改造方案。在保留原有機床數(shù)控系統(tǒng)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(fēng)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(xué)校的影響較小，但是由于保留了原有的數(shù)控系統(tǒng)，并沒有徹底的改變系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，使用一段時間后，還有可能會出現(xiàn)原先的故障。方案二：實用型改造方案，由于系統(tǒng)會出現(xiàn)故障，對原有的數(shù)控系統(tǒng)、伺服電機、變頻器和通訊協(xié)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(jīng)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?？梢詽M足日床的教學(xué)需求和小批量零件的加工。

因此，根基兩種方案的對比和學(xué)校的經(jīng)濟狀況，決定選擇實用型改造方案，該方案關(guān)鍵是數(shù)控系統(tǒng)的選擇和相應(yīng)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(shè)計，對線路進行聯(lián)調(diào)，機床精度的調(diào)試，最后完成完成機床的精度驗收工作。

1.2 數(shù)控系統(tǒng)的置換

原數(shù)控系統(tǒng)是有哈斯自動化公司生產(chǎn)自行設(shè)計與生產(chǎn)，是獨立系統(tǒng)不依靠第三方提供數(shù)據(jù)系統(tǒng)，并能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)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(tǒng)不穩(wěn)定出現(xiàn)頻繁報警;CTR顯示屏老化;變頻器運行不穩(wěn)、可靠性差等。

我國有兩大數(shù)控生產(chǎn)公司廣州數(shù)控有限公司、華中數(shù)控有限公司，我過數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)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(shù)控系統(tǒng)改造主要是滿足學(xué)生的實訓(xùn)需要和小批量零件的生產(chǎn)，加工性能及精度沒有必要追求極高。因此，數(shù)控系統(tǒng)選擇主流的SIEMENS經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)SINUMERIK 808D（銑床版）、SINAMICS V60私服系統(tǒng)、MICROMASTER420變頻器，如圖1所示。

數(shù)控系統(tǒng)SINUMERIK 808D有銑床和車床兩個版本，該系統(tǒng)是基于操作面板緊湊型數(shù)控系統(tǒng)，容易維護、操作簡單等性能。配有相應(yīng)的伺服系統(tǒng)和伺服電機及模塊化結(jié)構(gòu)等。

2 硬件置換方案的分析及PLC設(shè)計

2.1 伺服電機的選擇

伺服系統(tǒng)做為數(shù)控機床的重要組成部分，伺服電機的選擇尤為關(guān)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(fù)載的需要，又要對負(fù)載慣量進行校對;（2）電機的穩(wěn)定性及價格指標(biāo);（3）機床無負(fù)載時，電機上的力矩應(yīng)小于電機的連續(xù)額定力矩的50%一下;（4）負(fù)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(shù)控機床PLC控制有內(nèi)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(zhì)上PLC的功能只是負(fù)責(zé)控制數(shù)控機床的部分任務(wù)，而內(nèi)部的集成PLC是有數(shù)控系統(tǒng)發(fā)布指令，經(jīng)過內(nèi)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(tǒng)的置換及設(shè)計

當(dāng)系統(tǒng)各部件連接完畢后，首先必須先調(diào)試PLC應(yīng)用程序中的相關(guān)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(shù)和驅(qū)動的調(diào)試。

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

3.1 置換后數(shù)控機床急?？刂葡到y(tǒng)的子程序設(shè)計（如圖2）

3.2 置換之后手輪的控制設(shè)計（如圖3）

3.3 置換之后自動換刀系統(tǒng)的控制設(shè)計（如圖4）

4 結(jié)語

基于本次數(shù)控機床的改造之前經(jīng)過多方面的論證和調(diào)研，同時也根據(jù)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(yōu)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(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、換刀等）進行設(shè)計改造，改造完成后經(jīng)過空運行和零對件的加工完成的測量，都達(dá)到了機床預(yù)定要實現(xiàn)的目標(biāo)，在數(shù)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