采用西門子840d數(shù)控系統(tǒng)改造大型數(shù)控臥車

1、采用西門子840D數(shù)控系統(tǒng)改造大型數(shù)控臥車王麗茹(哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司設(shè)備處，黑龍江哈爾濱150046)Tran storming Large NC Horizo ntal Lathe UsWANG Liru(Harbin Turbine Co. , Ltd. , Harbin 15(隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的迅猛發(fā)展,我們對數(shù)控機(jī)床的性 能及穩(wěn)定性越來越高，而一些我國上世紀(jì)90年代初期 引進(jìn)的數(shù)控機(jī)床所使用的數(shù)控系統(tǒng)，由于老化問題相 繼到了

2、需改造的地步。我公司1991年從徳國濟(jì)根公 司引進(jìn)的數(shù)控*2.2 m臥車就是一個(gè)例子。1機(jī)床概述該機(jī)床主要用于我公司轉(zhuǎn)子加工任務(wù)，其花盤直 徑2.2 m,最大回轉(zhuǎn)直徑2.5叫最大加工長度12叫 配置2個(gè)刀架°原機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)采用西門子820系 統(tǒng),主軸采用直流電動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)采用西門子V5,進(jìn)給軸 采用直流伺服電動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)采用西門子V3。該機(jī)床主 運(yùn)動(dòng)主要有主軸及X、Z兩個(gè)進(jìn)給軸(見圖l)o近幾年系統(tǒng)故障頻繁，嚴(yán)重影響機(jī)床的正常運(yùn)轉(zhuǎn)

3、。 為此我們決定對該機(jī)床進(jìn)行電氣改造,所選用的數(shù)控 系統(tǒng)為西門子840D配611D,伺服驅(qū)動(dòng)主軸電動(dòng)機(jī)采 用1PH7系列，進(jìn)給軸采用1FT6系列。2 SINUMERIK 840D 數(shù)控系統(tǒng)2.1 2.1硬件部分SINUMERIK 840D采用特殊的三CPU結(jié)構(gòu)：人機(jī) 通信CPU、數(shù)字控制CPU ( NC-CPU)和可編程邏輯控 制器 CPU(PLC-CPU)。如圖 2 所示 PCU50-CPU 在 OP015人機(jī)界面內(nèi)，NC-

4、CPU和PLC-CPU集成在 NCU572 內(nèi)。?106?M速器1Z軸電動(dòng)機(jī)主軸電動(dòng)機(jī)-域速器?花盤圖 】_卜域速器x軸------電動(dòng)機(jī)SINUMERIK 840D數(shù)控系統(tǒng)的PLC部分使用的是 西門子SIMAT1C S7-300的軟件及模塊。其電源由西 門子SITOP電源(40A)提供，接口模塊1M361是用于 級之間的互連。它通過PROFIBUS現(xiàn)場總線與 NCU572連接。在IM361右側(cè)為信號模塊，信號模塊 是用于PLC輸入

5、/輸出的模塊,有輸入型和輸出型兩 種。即輸入模塊SM321和輸岀模塊SM322。PLC的 CPU與NC的CPU是集成在NCU中的。設(shè)備上的各 種光電開關(guān)、行程開關(guān)的輸入和電磁閥、接觸器的輸出 信號分別與輸入和輸出模塊相連，控制各種外部執(zhí)行 元件的協(xié)調(diào)動(dòng)作。2.1.4各部分相互連接NCU數(shù)控單元是CNC控制部件的核心，它與 MMC、伺服電源模塊、進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)裝置和伺服電動(dòng) 機(jī)連接。本系統(tǒng)采用全閉環(huán)控制，伺服電動(dòng)機(jī)采用 IFK型內(nèi)置編碼器電

6、動(dòng)機(jī)，通過伺服電動(dòng)機(jī)編碼器作 為位置檢測元件，將位置信號反饋至數(shù)字驅(qū)動(dòng)模塊 (611D)的位置接口 X411,構(gòu)成全閉環(huán)控制系統(tǒng)。實(shí) 現(xiàn)了對進(jìn)給軸的精確定位控制。在每個(gè)進(jìn)給軸的兩端 設(shè)置了多個(gè)行程開關(guān)，作為進(jìn)給軸的參考點(diǎn)、硬限位及 急停位置。在打開機(jī)器電源后,需要對各進(jìn)給軸進(jìn)行 參考點(diǎn)復(fù)位動(dòng)作,即給各進(jìn)給軸確定參考點(diǎn)。在系統(tǒng) 的軟件內(nèi)還設(shè)置了誤差補(bǔ)償量,通過調(diào)整補(bǔ)償量可以 很方便地將運(yùn)動(dòng)偏差糾正過來。2.1.5其他硬件部分如前所述，該

7、機(jī)床采用1FT6(1PH7 )電動(dòng)機(jī)配 611D伺服驅(qū)動(dòng)，變頻器的控制信號來自NCU572,通過 PROFIBUS現(xiàn)場總線傳遞。2.1.6數(shù)控系統(tǒng)與PC的連接因PLC-CPU和NC-CPU集成在NCU572內(nèi)，在 進(jìn)行PLC和NC程序調(diào)試時(shí)，可將PC與NCU572連 接,即可對程序進(jìn)行修改和調(diào)試。2.2 2.2軟件部分SINUMERIK 840D軟件系統(tǒng)包括4大類軟件: PCU50軟件系統(tǒng)、NC軟件系統(tǒng)、PLC軟件系統(tǒng)和通信 及驅(qū)動(dòng)

8、接口軟件。2.2.1 PCU50軟件系統(tǒng)在PCU50系統(tǒng)上帶有10GB的硬盤，內(nèi)裝有基本 輸入、輸出系統(tǒng)(BIOS), DR - DOS內(nèi)核操作系統(tǒng)、 Windows95操作系統(tǒng)，以及串口、并口、鼠標(biāo)和鍵盤接 口等驅(qū)動(dòng)程序,支撐SINUMERIK與外界PCU50-CPU、 PLC-CPU、NC- CPU之間的相互通信及任務(wù)協(xié)調(diào)。2.2.2 NC軟件系統(tǒng)NC軟件系統(tǒng)包括下列內(nèi)容：(1)NCK數(shù)控核初始2009年女麗一萬方數(shù)據(jù)____

9、_________Refitting and Maintenance 改裝與維 改裝與維｛彥 引導(dǎo)軟件,該軟件固化在EPROM中。(2)NCK數(shù)控 核數(shù)字控制軟件系統(tǒng)，它包括機(jī)器數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)的循環(huán) 子系統(tǒng)，用戶必須理解每個(gè)循環(huán)程序的參數(shù)含義才能 進(jìn)行調(diào)用。(3) SINUMERIK 61 ID驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)，它是指 SINUMERIK 840D數(shù)控系統(tǒng)所配套使用的SIMO- DRIVE611I2.2.3 PLCPLC軟 序。PLC系］ 系統(tǒng)內(nèi)裝

10、的 常工作。該 PLC程序和用尸F(xiàn)LC桂仔網(wǎng)部分。 2.2.4通信及驅(qū)動(dòng)接口軟件它主要用于協(xié)調(diào)PLC-CPU、NC-CPU和MMC- CPU三者之間的通信。3西門子840D與820相比的優(yōu)點(diǎn)3.1 3.1操作系統(tǒng)的區(qū)別西門子820系統(tǒng)是西門子在單片機(jī)的基礎(chǔ)上開發(fā) 而成的，其人機(jī)界面差，通訊功能不強(qiáng)。而西門子 840D是在Windows操作系統(tǒng)上開發(fā)而成，人機(jī)界面友 好，通訊便捷，更適于多臺(tái)并機(jī)聯(lián)網(wǎng)和遠(yuǎn)程診斷及操作 等。3.2 3.2控制

11、方式的不同西門子820系統(tǒng)采用單CPU控制完成各部分通 訊、程序預(yù)處理及伺服控制功能。而西門子840D系 統(tǒng)采用多CPU協(xié)同處理,大大加速了程序預(yù)處理及伺 服控制的速度，使得系統(tǒng)更易于進(jìn)行高精度加工。3.3 3.3伺服信號處理上的不同西門子820系統(tǒng)采用的是模似控制在信號傳輸過 程中受外界干擾大，并且受外界溫度影響大。而西門 子840D系統(tǒng)采用數(shù)字控制，其抗干擾能力大大提高, 且控制精度也有了很大的提高。4改造中軟硬件的選擇4.1 4.

12、1控制軟件的選擇西門子840D是一款通用型的數(shù)控操作系統(tǒng)，我 們根據(jù)實(shí)際情況選用6軸操作系統(tǒng)，在程序傳輸方面 采用軟驅(qū)傳輸方式，根據(jù)其需要近距離對刀的要求，選 配手持單元,根據(jù)其需要以0.01 mm為單位進(jìn)給調(diào)整 切削量的要求,我們選配手輪便于調(diào)整。4.2 4.2主軸及進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī)的選擇原主軸電動(dòng)機(jī)型號為Z4-315-091,功率125 kW, 額定扭速1 989 N?m,額定轉(zhuǎn)速600 r/min,最高轉(zhuǎn)速PLC程 D數(shù)控 器的正