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(哈爾濱汽輪機廠有限責任公司設備處，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)濟社會的迅猛發(fā)展,我們對數(shù)控機床的性 能及穩(wěn)定性越來越高，而一些我國上世紀90年代初期 引進的數(shù)控機床所使用的數(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年從徳國濟根公 司引進的數(shù)控*2.2 m臥車就是一個例子。1機床概述該機床主要用于我公司轉子加工任務，其花盤直 徑2.2 m,最大回轉直徑2.5叫最大加工長度12叫 配置2個刀架°原機床數(shù)控系統(tǒng)采用西門子820系 統(tǒng),主軸采用直流電動機，驅動采用西門子V5,進給軸 采用直流伺服電動機，驅動采用西門子V3。該機床主 運動主要有主軸及X、Z兩個進給軸(見圖l)o近幾年系統(tǒng)故障頻繁，嚴重影響機床的正常運轉

3、。 為此我們決定對該機床進行電氣改造,所選用的數(shù)控 系統(tǒng)為西門子840D配611D,伺服驅動主軸電動機采 用1PH7系列，進給軸采用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結構：人機 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人機界面內，NC-

4、CPU和PLC-CPU集成在 NCU572 內。?106?M速器1Z軸電動機主軸電動機-域速器?花盤圖 】_卜域速器x軸------電動機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。設備上的各 種光電開關、行程開關的輸入和電磁閥、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)調動作。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、進給伺服驅動裝置和伺服電動 機連接。本系統(tǒng)采用全閉環(huán)控制，伺服電動機采用 IFK型內置編碼器電

6、動機，通過伺服電動機編碼器作 為位置檢測元件，將位置信號反饋至數(shù)字驅動模塊 (611D)的位置接口 X411,構成全閉環(huán)控制系統(tǒng)。實 現(xiàn)了對進給軸的精確定位控制。在每個進給軸的兩端 設置了多個行程開關，作為進給軸的參考點、硬限位及 急停位置。在打開機器電源后,需要對各進給軸進行 參考點復位動作,即給各進給軸確定參考點。在系統(tǒng) 的軟件內還設置了誤差補償量,通過調整補償量可以 很方便地將運動偏差糾正過來。2.1.5其他硬件部分如前所述，該

7、機床采用1FT6(1PH7 )電動機配 611D伺服驅動，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，在 進行PLC和NC程序調試時，可將PC與NCU572連 接,即可對程序進行修改和調試。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 及驅動

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，內裝有基本 輸入、輸出系統(tǒng)(BIOS), DR - DOS內核操作系統(tǒng)、 Windows95操作系統(tǒng)，以及串口、并口、鼠標和鍵盤接 口等驅動程序,支撐SINUMERIK與外界PCU50-CPU、 PLC-CPU、NC- CPU之間的相互通信及任務協(xié)調。2.2.2 NC軟件系統(tǒng)NC軟件系統(tǒng)包括下列內容：(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)，它包括機器數(shù)據(jù)和標準的循環(huán) 子系統(tǒng)，用戶必須理解每個循環(huán)程序的參數(shù)含義才能 進行調用。(3) SINUMERIK 61 ID驅動數(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通信及驅動接口軟件它主要用于協(xié)調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)是西門子在單片機的基礎上開發(fā) 而成的，其人機界面差，通訊功能不強。而西門子 840D是在Windows操作系統(tǒng)上開發(fā)而成，人機界面友 好，通訊便捷，更適于多臺并機聯(lián)網(wǎng)和遠程診斷及操作 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,大大加速了程序預處理及伺 服控制的速度，使得系統(tǒng)更易于進行高精度加工。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)實際情況選用6軸操作系統(tǒng)，在程序傳輸方面 采用軟驅傳輸方式，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為單位進給調整 切削量的要求,我們選配手輪便于調整。4.2 4.2主軸及進給伺服電動機的選擇原主軸電動機型號為Z4-315-091,功率125 kW, 額定扭速1 989 N?m,額定轉速600 r/min,最高轉速PLC程 D數(shù)控 器的正