西門子 840D 數(shù)控系統(tǒng)在車削加工中心電氣系統(tǒng)改造中的應(yīng)用
2020-7-30 來源：中國航發(fā)哈爾濱東安發(fā)動機有限公司 作者：楊愷
摘要：本文針對數(shù)控系統(tǒng)的運行在改造之后的狀況進行分析，圍繞改造中西門子 840D 數(shù)控系統(tǒng)用于車削加工中心，系統(tǒng)具體名稱為西門子 SINUMERIK840C 數(shù)控系統(tǒng)，在改造中進行了不同配置的安裝。原有的 840C 數(shù)控系統(tǒng)采用SIMODRIVE611D 驅(qū)動于 1999 年從德國引進 , 采用的是大板結(jié)構(gòu)，車削中心在大板上安裝不同的子板，采用 PLC 進行邏輯控制，配有兩個伺服軸，配置自使用至今機械部分狀態(tài)還比較穩(wěn)定 , 但是數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)系統(tǒng)故障 , 說明進入老化期，經(jīng)過西門子 840D 數(shù)控系統(tǒng)改造升級方案實施后，系統(tǒng)不僅可進行各種車銑復(fù)合加工，并且升級改造后的驅(qū)動依然沿用了老的系統(tǒng)的驅(qū)動，此項電氣系統(tǒng)改造促使車削加工中心的使用率大幅度提高。
關(guān)鍵詞：西門子 840D 數(shù)控系統(tǒng)；車削加工中心；電氣改造
本文舉某數(shù)控系統(tǒng)的電氣改造案例， 論證數(shù)控系統(tǒng)進行改造升級之后提高電氣系統(tǒng)運行的應(yīng)用效果。 案例中的數(shù)控系統(tǒng)由西門子生產(chǎn)， 型號為SINUMERIK840C， 從德國引進。 該數(shù)控系統(tǒng)根 據(jù)不同的配置在大板上安裝不同的子板，配備 S5 系列PLC 進行包括大板結(jié)構(gòu)的構(gòu)建和邏輯控制；驅(qū)動為SIMODRIVE611D，長期使用后，為提高車削加工中心的使用率做出貢獻。該車削中心進行各種車銑復(fù)合加工，系統(tǒng)配有兩個伺服軸和主軸，經(jīng)過長期使用已經(jīng)出現(xiàn)老化的跡象，系統(tǒng)故障時有發(fā)生，但是機械部分狀態(tài)還比較穩(wěn)定。經(jīng)過論證，采用 840C 數(shù)控系統(tǒng)配備升級改造的方案，方案對于原有得 611D 驅(qū)動依然保留，同時對數(shù)控系統(tǒng)進行升級改造，而且選用 840D 數(shù)控系統(tǒng)作為升級改造的對象，經(jīng)過實踐證明不僅保證了通用性，而且還大大節(jié)省了升級改造費用。此項技術(shù)具有強大的全
數(shù)字化功能，技術(shù)領(lǐng)先，成為主流數(shù)控系統(tǒng)之一。
1、電氣系統(tǒng)的硬件升級改造設(shè)計思路
新的機床改造采用全閉環(huán)控制，設(shè)計工作中首先要了解各模塊的功能和連接關(guān)系，根據(jù)機床控制系統(tǒng)中的應(yīng)用系統(tǒng)硬件的安裝與配線的結(jié)構(gòu)做好硬件升級改造設(shè)計。西門子數(shù)控車削加工中心由尾座、閉式中心架、床頭箱、刀架構(gòu)成機床的主體，具有數(shù)控全功能的特點，屬于臥式車削加工中心。驅(qū)動沿用原來的 611D，機床的輔助設(shè)備包括冷卻裝置、液壓油箱、切屑輸送器、油溫控制器。改造采用的硬件配置包括：1FK7 系列電動機，1PH7 系列主軸、西門子 S7-300 系列 PLC。根據(jù)原 840C 系統(tǒng)的電氣原理，SINUMERIK840D 數(shù)控系統(tǒng)硬件連接對數(shù)字驅(qū)動模塊進行了重新的設(shè)置，論證了
電動機轉(zhuǎn)速大小、定位控制的數(shù)據(jù)交換、設(shè)備總線接口X151 與 611D 驅(qū)動總線接口 X341 連接，精確定位和控制數(shù)控機床，采用檢測元件的方式對接口 X421 和數(shù)字驅(qū)動模塊 (611D) 位置接口 X411 構(gòu)成的全閉環(huán)控制系統(tǒng)進行檢測，通過伺服電動機編碼器和光柵尺。
2、 PLC 軟件的安裝與調(diào)試
隨系統(tǒng)提供的 SINUMERIK840D Toolbox 軟件，數(shù)控系統(tǒng)包括基本 PLC 部分和追加部分。如 S7-300 可編程控制器以及編程軟件、機床控制程序，根據(jù)機床控制規(guī)模，追加部分順應(yīng)控制需求進行控制。SINUMERIK840D 的 PLC 存 儲 區(qū) 域 對 編 程 器 與SINUMERIK840D 之間的 PC 適配器及 MPI 通訊電纜進行清理步驟為以下幾點。
（1）按一下 NCU 上 Reset 復(fù)位按鈕，此時 NCU上的數(shù)碼管顯示為 6，將 NCU 上 S4 旋鈕開關(guān)設(shè)置為中央控制單元。
（2）NCU 上的兩排 LED 中右邊一排紅燈應(yīng)滅掉，等若干秒后，將 NCU 上 S4 旋鈕開關(guān)，由 3 擰到 2，再停若干秒。
（3）將 NCU 上 S4 緩慢擰動，右上的一個綠燈亮，完成了 PLC 內(nèi)存清理。
3 、 機床數(shù)據(jù) MD 的安裝與調(diào)試過程
在搭建的一個簡單的、小規(guī)模的機床數(shù)據(jù)平臺上進行標(biāo)準(zhǔn)機床數(shù)據(jù)的裝載、NCK 內(nèi)存的清除，用戶機床參數(shù)的設(shè)置過程中，標(biāo)準(zhǔn)機床數(shù)據(jù)裝載的基礎(chǔ)上，已裝入標(biāo)準(zhǔn) MD，按 RESET 鍵，將 S3 擰到 1，完成清內(nèi)存，這樣可保持正常工作狀態(tài)。SIEMENS 公司為用戶進行機床數(shù)據(jù)裝載到 NCK 內(nèi)的操作，根據(jù)的是被控制機床的特點，再開發(fā)設(shè)置被控制機床所需要的機床參數(shù)，從類型來看由于標(biāo)準(zhǔn)機床數(shù)據(jù)是 SINUMERIK840D，機床參數(shù)很多，因此要密切關(guān)注以下幾個數(shù)據(jù)：特殊機床數(shù)據(jù)、主軸機床數(shù)據(jù)、通用機床數(shù)據(jù)、進給軸機床數(shù)據(jù)等。圖 1 為車削加工中心驅(qū)動模塊。
圖 1 車削加工中心驅(qū)動模塊
進入機床參數(shù)設(shè)置菜單，系統(tǒng)設(shè)定數(shù)據(jù)按軟功能鍵菜單選擇，如軸名、換刀時間、位置控制周期、系統(tǒng)時鐘周期、等系統(tǒng)參數(shù)。SINUMERIK840D 數(shù)控系統(tǒng)的一些運行參數(shù) , 設(shè)置通道特殊機床數(shù)據(jù)，主要包括德馬吉數(shù)控車削中心軸名設(shè)置有 X、Z、SP1、SP2 共 4 個軸。主要說明本設(shè)備所處的通道號，以及軸號與軸名的對應(yīng)關(guān)系，其中 SP1 和 2 為旋轉(zhuǎn)軸，X、Z 為直線軸。按軟功能鍵(Channel Specific)，通道特殊機床數(shù)據(jù)同在一個通道內(nèi)，軸名不能重復(fù)，系統(tǒng)設(shè)定數(shù)據(jù) : 按軟功能鍵 General 進行系統(tǒng)設(shè)定數(shù)據(jù)的設(shè)置。機床數(shù)據(jù)都不過濾，再按軟功能鍵 Machine Date，進入?yún)?shù)菜單。過濾器功能這時用 Display Option，取消，進入驅(qū)動配置頁面，按 M M C 上的水平軟功能鍵進入通道，進行機床數(shù)據(jù)MD 的設(shè)置 (D RIV ECONFIG)。表 1 為車削加工中心驅(qū)動模塊位置表。
表 1 車削加工中心驅(qū)動模塊位置表
下一坐標(biāo)軸電動機參數(shù)配置，根據(jù)實際情況選1AXIS 或者 2AXI，水平軟功能鍵 (INSERT MODEL)會在被按下后，按照電動機銘牌選相應(yīng)代號的電動機。我們這里選擇的是雙軸模塊，用垂直軟功能鍵(DRIVE+) 或者 (DRIVE-) 選，直到進給軸進給驅(qū)動，完成后進行驅(qū)動的配置，主軸 MSD 未被激活，是淺灰色的，主軸 MSD、進給驅(qū)動 FDD 軟功能鍵變清晰 , 被激活。電動機的選擇需要遵循安裝電動機銘牌選相應(yīng)代號，啟動電動機。圖 2 為西門子 SINUMERIK840D 數(shù)控系統(tǒng)。
圖 2 西門子 SINUMERIK840D 數(shù)控系統(tǒng)
4 、結(jié)語
綜上所述 , 經(jīng)過對系統(tǒng)應(yīng)用調(diào)試中的統(tǒng)籌兼顧 , 最終確定了西門子 SINUMERIK840D 數(shù)控系統(tǒng)的升級改造方案，設(shè)置了 PLC 程序及 SINUMERIK840D 機床參數(shù)，使得該系統(tǒng)成為了當(dāng)今世界較為先進的控制系統(tǒng)。如今，進行數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用，主旋律是升級改造車削加工中心，堅持數(shù)控系統(tǒng)的主旋律，讓數(shù)控車削加工中心無論在功能強大性、運行可靠性、性能全面性、可維修簡便性等方面都達到了一個新的高度，重新煥發(fā)了生命，而且也滿足了企業(yè)獲得最大經(jīng)濟效益的生產(chǎn)目標(biāo)，達到預(yù)期目的。
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