西門子數(shù)控系統(tǒng)在機(jī)床中的應(yīng)用

摘 要：對西門子數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行了簡要概述，從調(diào)試程序一體化、改進(jìn)機(jī)床類型、升級數(shù)控系統(tǒng)、專業(yè)控制系統(tǒng)的智能化驅(qū)動以及高精端控制數(shù)控模塊等方面，分析了西門子數(shù)控系統(tǒng)在機(jī)床改造中的具體應(yīng)用情況，為今后西門子數(shù)控系統(tǒng)在機(jī)床中的創(chuàng)新發(fā)展應(yīng)用提供了參考。

關(guān)鍵詞：西門子;數(shù)控系統(tǒng);機(jī)床;應(yīng)用改造

1 西門子數(shù)控系統(tǒng)

1.1? ? 系統(tǒng)概述

作為集合數(shù)控技術(shù)，西門子數(shù)控技術(shù)具備系統(tǒng)搜索、數(shù)字控制以及數(shù)控分析等功能，集各種控制功能于一體，可實(shí)現(xiàn)對軟件的進(jìn)一步開發(fā)。同時，西門子數(shù)控系統(tǒng)與自動化程序?qū)崿F(xiàn)了有效融合，保證了界面控制系統(tǒng)與集成化控制系統(tǒng)的有效對接，可以實(shí)現(xiàn)做功循環(huán)、溫度控制以及供應(yīng)補(bǔ)償?shù)裙δ?，屬于新型軟件操作技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，西門子控制系統(tǒng)可以保證資源的自動化應(yīng)用，并劃分不同的操作模塊，在優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)的前提下保證軟件的有效開發(fā)。

1.2? ? 主要構(gòu)成

西門子數(shù)控系統(tǒng)屬于較為完善的控制系統(tǒng)，具備開發(fā)與應(yīng)用功能，且在當(dāng)前系統(tǒng)數(shù)字化程序逐步創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，西門子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了綜合發(fā)展。西門子數(shù)控系統(tǒng)的基本程序，可以分為PLC程序、輪廓、NC程序、信息傳輸界面以及操縱控制等部分，其中輪廓主要通過伺服控制實(shí)現(xiàn)做功補(bǔ)償。在數(shù)控機(jī)床中，伺服補(bǔ)償技術(shù)主要通過運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)與執(zhí)行系統(tǒng)控制機(jī)電組合，通過做功進(jìn)行控制與轉(zhuǎn)換，提高機(jī)床的運(yùn)行效率。PLC程序與NC程序具備數(shù)字運(yùn)行功能，可以傳達(dá)與執(zhí)行產(chǎn)品傳輸與加工的基本命令，在機(jī)床改造過程中占據(jù)十分重要的地位，屬于控制模塊。在綜合控制環(huán)節(jié)中，工作人員應(yīng)保證傳統(tǒng)機(jī)床控制系統(tǒng)與數(shù)字化系統(tǒng)的有效對接，充分發(fā)揮西門子數(shù)控系統(tǒng)的作用。信息傳輸界面可以通過顯示屏發(fā)揮作用，在滿足客戶基本需求的基礎(chǔ)上充分發(fā)揮數(shù)字化系統(tǒng)的實(shí)際作用，保障機(jī)床運(yùn)行效率。

2 西門子數(shù)控系統(tǒng)在機(jī)床改造中的具體應(yīng)用

作為新型的數(shù)字化控制系統(tǒng)，西門子數(shù)控系統(tǒng)升級了相關(guān)結(jié)構(gòu)，可以保證其自然流暢的運(yùn)行，在融合傳統(tǒng)程序與新程序的前提下，充分發(fā)揮其在現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床控制中的作用。

2.1? ? 調(diào)試程序一體化

作為數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)中的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，機(jī)床調(diào)試十分關(guān)鍵。西門子數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)行期間應(yīng)用了數(shù)字化控制程序，為了更好地適應(yīng)現(xiàn)代機(jī)床的控制模式，應(yīng)兼容機(jī)床控制結(jié)構(gòu)與數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，嚴(yán)格控制做功功率。比如，在現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床改造過程中，西門子系統(tǒng)可以綜合對接傳統(tǒng)機(jī)床與NC程序，保證程序的調(diào)試效果，且在調(diào)試期間可以及時根據(jù)故障問題改造兼容性較低的數(shù)控結(jié)構(gòu)，確保機(jī)床系統(tǒng)運(yùn)行的通暢性。

2.2? ? 改進(jìn)機(jī)床類型

傳統(tǒng)機(jī)床結(jié)構(gòu)簡單，且操作環(huán)節(jié)較少，工藝技術(shù)結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，降低了運(yùn)行成本。但傳統(tǒng)機(jī)床的運(yùn)行效率較低，產(chǎn)品加工方面存在較多漏洞，無法保證運(yùn)行質(zhì)量，不能滿足現(xiàn)代市場的商品需求。對此，工作人員應(yīng)全面深化改革現(xiàn)代機(jī)床應(yīng)用技術(shù)，綜合西門子控制技術(shù)與現(xiàn)代系統(tǒng)技術(shù)，結(jié)合傳統(tǒng)數(shù)字化系統(tǒng)的運(yùn)行模式，升級改革系統(tǒng)內(nèi)部資源。比如，在現(xiàn)代新型加工技術(shù)中，西門子系統(tǒng)具備更高的伺服做功速率，在改進(jìn)現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床技術(shù)后，可以保證西門子數(shù)字化系統(tǒng)與新型機(jī)床控制有效對接，優(yōu)化創(chuàng)新現(xiàn)代機(jī)床的控制技術(shù)，完善機(jī)床系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)構(gòu)，促進(jìn)現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)的綜合發(fā)展。

2.3? ? 升級數(shù)控系統(tǒng)

在現(xiàn)代機(jī)床控制系統(tǒng)中，西門子系統(tǒng)應(yīng)保證全面升級，并優(yōu)化創(chuàng)新新型的數(shù)控結(jié)構(gòu)，保證對接程序系統(tǒng)的良性建立。PLC程序與NC編程均屬于現(xiàn)代西門子數(shù)控系統(tǒng)數(shù)字控制技術(shù)的組成部分，在PLC系統(tǒng)中可以引入虛擬數(shù)據(jù)平臺，保證融合擴(kuò)展系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源，實(shí)現(xiàn)模塊化安裝，進(jìn)一步強(qiáng)化傳統(tǒng)機(jī)床的自動化運(yùn)行水平。比如，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的常見輸入點(diǎn)與切換點(diǎn)已經(jīng)由之前的2 000個增加至2 048個，明顯提高了PLC程序自動化控制系統(tǒng)的綜合應(yīng)用效率，完善了自動化控制系統(tǒng)與數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)的資源結(jié)構(gòu)。同時，在數(shù)控機(jī)床改造過程中，升級NC編程技術(shù)也至關(guān)重要，比如在運(yùn)行NC編程系統(tǒng)時，若采用智能化C語言編碼技術(shù)，可以升級優(yōu)化現(xiàn)代控制系統(tǒng)的運(yùn)行情況，確保系統(tǒng)運(yùn)行資源數(shù)字運(yùn)算算法與編程控制工作的協(xié)調(diào)性。除此之外，NC編程系統(tǒng)也具備一定的輔助功能，工作人員應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)不同的運(yùn)行情況合理選擇操作結(jié)構(gòu)，保證控制效果，為此后機(jī)床運(yùn)行做功補(bǔ)償工作打下良好基礎(chǔ)。為了進(jìn)一步完善機(jī)床的運(yùn)行結(jié)構(gòu)，工作人員還應(yīng)改變傳統(tǒng)機(jī)床的運(yùn)行控制模式，保證數(shù)字做功效率，合理對接機(jī)床做功數(shù)字化系統(tǒng)。

2.4? ? 專業(yè)控制系統(tǒng)的智能化驅(qū)動

在現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的控制工作中，西門子系統(tǒng)具有十分重要的作用，可以智能化驅(qū)動數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)與專業(yè)制造系統(tǒng)。比如，可編程模塊、人機(jī)對話結(jié)構(gòu)、數(shù)字控制器等均屬于西門子系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，具備良好的控制效果。為了保證現(xiàn)代機(jī)床系統(tǒng)的智能化分配，相關(guān)工作人員應(yīng)模塊分層化控制專業(yè)的操作系統(tǒng)，根據(jù)不同的數(shù)字化控制模塊運(yùn)行情況，相互關(guān)聯(lián)新系統(tǒng)與雙向控制系統(tǒng)。比如，現(xiàn)代控制系統(tǒng)中應(yīng)用西門子技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)原系統(tǒng)的優(yōu)化與改革，保證發(fā)揮不同的控制作用，完善現(xiàn)代系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。人工操作系統(tǒng)、質(zhì)量檢驗(yàn)系統(tǒng)以及產(chǎn)品加工系統(tǒng)等均屬于現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的組成部分，機(jī)床中引入新型智能模塊化管理技術(shù)，可以保證機(jī)床同時運(yùn)行不同的工作系統(tǒng)，拓展完善現(xiàn)代資源的供應(yīng)結(jié)構(gòu)，提高了系統(tǒng)的工作效率。同時，西門子系統(tǒng)還可以進(jìn)行模塊化智能管理，提高了機(jī)床的生產(chǎn)性能。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，某一生產(chǎn)環(huán)節(jié)出現(xiàn)操作故障時，控制人員僅需要修理故障模塊，降低了維修成本，提高了現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的一體化管理水平。

2.5? ? 高精端控制數(shù)控模塊

為了高精端控制現(xiàn)代機(jī)床逐步完善運(yùn)行結(jié)構(gòu)，工作人員應(yīng)在機(jī)床改造環(huán)節(jié)中合理使用西門子數(shù)控技術(shù)。新型西門子數(shù)控系統(tǒng)包括828D、840D等軟件控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制、遠(yuǎn)程診斷以及遠(yuǎn)程驅(qū)動控制等功能，通過合理融合不同模塊系統(tǒng)，機(jī)床可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的數(shù)字化加工，保障了現(xiàn)代系統(tǒng)模塊的綜合性拓展。比如，西門子數(shù)控系統(tǒng)中的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)具備加工、生產(chǎn)以及檢驗(yàn)產(chǎn)品的功能，將更完善的智能檢驗(yàn)系統(tǒng)應(yīng)用于數(shù)控檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)中，工作人員可以利用遠(yuǎn)程控制界面檢查機(jī)床的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，完成綜合性檢驗(yàn)。除此之外，在高精端遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)中，相互融合遠(yuǎn)程控制與系統(tǒng)程序可以保證系統(tǒng)的綜合性應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)自動化檢驗(yàn)，在自動設(shè)定調(diào)試時間的基礎(chǔ)上，自動更新數(shù)字化系統(tǒng)。由此看出，機(jī)床改造過程中應(yīng)用西門子系統(tǒng)可以明顯增強(qiáng)數(shù)字機(jī)床的應(yīng)用效果，為機(jī)床技術(shù)的創(chuàng)新改造提供了更多依據(jù)。

3 西門子數(shù)控系統(tǒng)在機(jī)床中的應(yīng)用案例

本文以某臺機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)改造為例，詳細(xì)介紹西門子數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用改造方案。

3.1? ? 改造方案

（1）針對數(shù)控系統(tǒng)與驅(qū)動部分，引入了SINUERIK 828D數(shù)控系統(tǒng)，此系統(tǒng)基于SIMATICS7-200的PLC構(gòu)架，使用“Programming Tool PLC 828”軟件編輯診斷的PLC程序，其核心部件為PCU，集成通信與PLC人機(jī)界面，簡化了安裝流程，可靠性明顯得到提升。在邏輯設(shè)計期間引入了標(biāo)準(zhǔn)的PLC編程語言，可以隨機(jī)提供標(biāo)準(zhǔn)的PLC實(shí)例程序，縮短了設(shè)計周期，保證了設(shè)計工作的合理進(jìn)行。

（2）機(jī)械部分，某機(jī)床具備良好的機(jī)械應(yīng)用性能，無需進(jìn)行大規(guī)模修復(fù)。但系統(tǒng)采用了電動卡盤，夾緊效果較差，實(shí)際應(yīng)用期間應(yīng)對其進(jìn)行更換，將電動卡盤改為手動卡盤。

（3）電氣部分，原機(jī)床具備復(fù)雜的電氣結(jié)構(gòu)，在引入西門子828D系統(tǒng)后，控制線路得到明顯簡化，提高了線路穩(wěn)定性。實(shí)際改進(jìn)期間，工作人員應(yīng)拆除大部分無用連接線，僅保留部分輸出與輸入控制信號，包括限位控制信號以及刀架控制信號等。原控制信號為負(fù)極性時，應(yīng)將其改造為正極性輸出與輸入信號。同時，應(yīng)準(zhǔn)備兩臺24 V電源盒，一臺為輸入與輸出系統(tǒng)提供電源，另一臺為主機(jī)供電。除此之外，原驅(qū)動控制線采用九針插頭，運(yùn)行期間較易出現(xiàn)故障，應(yīng)及時將其改造為符合西門子要求的15針插頭。

3.2? ? 改造措施及內(nèi)容

（1）改造后，工作人員應(yīng)根據(jù)調(diào)試手冊做好硬件設(shè)施的連接工作，仔細(xì)檢查調(diào)試，確保連接無誤。

（2）合理設(shè)定電氣配置基本參數(shù)，在調(diào)試NC系統(tǒng)時包括設(shè)定基本參數(shù)與系統(tǒng)初始化兩部分，其中基本參數(shù)包括齒輪傳動比、坐標(biāo)加速度及速度、位置控制以及回參考點(diǎn)等方面。系統(tǒng)在引入西門子828D系統(tǒng)后，PLC系統(tǒng)操作更為簡便靈活，系統(tǒng)采用了梯形圖編制程序，在CD盤工具盒中設(shè)置文件庫系統(tǒng)，為銑床與車床編制了靈活可行的編程實(shí)例。此次主要針對標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床進(jìn)行改造，根據(jù)子程序的實(shí)際運(yùn)行情況定義不同功能，包括急停處理、各坐標(biāo)軸控制、潤滑控制、冷卻控制以及系統(tǒng)初始化等。

（3）注意改造細(xì)節(jié)，工作人員在系統(tǒng)首次上電調(diào)試期間應(yīng)設(shè)定必要的PLC機(jī)床數(shù)據(jù)，明確機(jī)床的基本類型與系統(tǒng)參數(shù)，調(diào)試期間驅(qū)動器若沒有就緒，可以將PLC機(jī)床參數(shù)0設(shè)定為1，以保證在系統(tǒng)退出時機(jī)床能急停。在完成驅(qū)動器調(diào)試工作后，還應(yīng)將參數(shù)重新設(shè)定為0。在使用雙極性主軸時，無需定義Q0.0與Q0.1。當(dāng)使用單極性主軸時，應(yīng)在PLC程序中去除Q0.0與Q0.1，以免損壞系統(tǒng)。除此之外，PLC程序涉及銑床與車床的邏輯定位關(guān)系時，應(yīng)結(jié)合實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，保證運(yùn)行效果。

3.3? ? 系統(tǒng)調(diào)試

（1）系統(tǒng)上電，工作人員應(yīng)仔細(xì)檢查接線情況，保證連接無誤，以免損壞模塊。（2）設(shè)置參數(shù)，在完成系統(tǒng)啟動工作后，出現(xiàn)700 000用戶報警號時，可以將PLC參數(shù)MD14510[0]設(shè)定為1，保證車床的正常運(yùn)行。在重新啟動系統(tǒng)后，若出現(xiàn)多用戶報警情況時，設(shè)置PLC參數(shù)MD14510[10]=17、MD14510[11]=

23、MD14510[14]=21、MD14510[15]=19、MD14512[0]=AFH、MD14512[1]=1H、MD14512[2]=B0H、MD14512[5]=2H、MD14512[7]=5H等，以及時消除報警問題。

（2）設(shè)置坐標(biāo)參數(shù)，機(jī)床系統(tǒng)X軸與Z軸保持一致的配置參數(shù)，而X軸不帶有抱閘，Z軸帶有抱閘，根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行情況設(shè)置PLC程序。比如，在設(shè)置X軸參數(shù)時，工作人員應(yīng)及時根據(jù)調(diào)試情況進(jìn)行調(diào)整，保證機(jī)電設(shè)備的良性運(yùn)行。PLC系統(tǒng)控制坐標(biāo)運(yùn)動，準(zhǔn)確判斷外部信號的實(shí)際運(yùn)行情況，當(dāng)符合條件時，X軸可以正常運(yùn)行。為了保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行，工作人員還應(yīng)設(shè)定軟限位，根據(jù)工作的實(shí)際情況設(shè)定參數(shù)MD36100、MD36120以及MD36110、MD36130，在回參考點(diǎn)后，軟限位才可以生效。

（3）設(shè)置主軸參數(shù)，此機(jī)床主軸安裝了編碼器，工作人員應(yīng)合理設(shè)定參數(shù)，以保證主軸處于點(diǎn)動運(yùn)行模式。

（4）設(shè)置參考點(diǎn)參數(shù)，為了保證系統(tǒng)精準(zhǔn)識別機(jī)床零點(diǎn)，系統(tǒng)應(yīng)同步測量主軸系統(tǒng)，回參考點(diǎn)。828D系統(tǒng)主要在參考點(diǎn)的基礎(chǔ)上設(shè)定基本功能，包括LEC補(bǔ)償、MDA方式等方面，回到參考點(diǎn)后才可以進(jìn)行操作。同時，機(jī)床帶有減速開關(guān)，零脈沖在減速開關(guān)前，機(jī)床應(yīng)根據(jù)方向鍵設(shè)定每個軸向參考點(diǎn)，并注意避免碰撞。

（5）補(bǔ)償，加工工件時，力傳遞與測量系統(tǒng)會產(chǎn)生差錯，加工輪廓偏離預(yù)期的幾何曲線，降低了機(jī)床的加工精確度，且受機(jī)械力與溫差的影響，大型工件的加工也會影響精度，此時可以進(jìn)行運(yùn)行補(bǔ)償，包括自動漂移補(bǔ)償、背隙補(bǔ)償以及螺補(bǔ)等。

（6）調(diào)試驅(qū)動器，主要包括升級固件以及電源配置等方面，驅(qū)動器電源與電機(jī)模塊指示燈應(yīng)保證2 Hz的頻率，交替顯示紅綠燈，且828D分配軸應(yīng)采用Startup-too自動軟件進(jìn)行設(shè)定。

（7）NC調(diào)試，在HMI上集成先進(jìn)的伺服優(yōu)化軟件，自動設(shè)定速度環(huán)與位置環(huán)，保證各軸的獨(dú)立運(yùn)行。

3.4? ? 改造效果

該機(jī)床經(jīng)過改造后，機(jī)床操控性與可靠性得到明顯提升，降低了投資成本，為企業(yè)帶來了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語

西門子數(shù)控系統(tǒng)引入了先進(jìn)的數(shù)字控制模式，可以保證系統(tǒng)運(yùn)行的精確化與標(biāo)準(zhǔn)化。西門子數(shù)控系統(tǒng)為機(jī)床控制工作的順利進(jìn)行提供了更為高效的保障，為未來數(shù)字化機(jī)床的發(fā)展與應(yīng)用提供了更多依據(jù)。比如，現(xiàn)代機(jī)床在引入西門子技術(shù)后可以隨機(jī)轉(zhuǎn)變數(shù)字可控程序，融合檢驗(yàn)系統(tǒng)與機(jī)床加工系統(tǒng)，保證產(chǎn)品安裝與機(jī)床加工的一體化，為未來數(shù)字化機(jī)床的創(chuàng)新發(fā)展提供了無限可能。

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收稿日期：2019-12-27

作者簡介：張愛雙（1972—），男，河北唐山人，助理工程師，研究方向：機(jī)電一體化、西門子數(shù)控機(jī)床等。