0引言

90年代，我單位從美國引進(jìn)一臺Devling-sund- strand機(jī)床公司生產(chǎn)的臥式加工中心。型號為S40- 105,數(shù)控系統(tǒng)為先驅(qū)者CNC500,兩交換臺630x630 mm，刀庫為鏈條式,容量為72把刀。引進(jìn)后發(fā)現(xiàn)機(jī) 床穩(wěn)定性差，故障率高。時有刀庫定位不準(zhǔn)，主軸準(zhǔn) 停無動作，系統(tǒng)經(jīng)常引導(dǎo)不成功。以至最后CNC無 法進(jìn)入引導(dǎo)程序啟動機(jī)床。停機(jī)一年多后，于2003 年提出對此機(jī)床進(jìn)行改造。更換新的數(shù)控系統(tǒng)。

1方案選擇

改造S40-105臥加，方案如何選擇這是擺在我 們面前的一個主要問題。S40-105,它含主軸、X、Y、 Z、B軸及刀具和交換工作臺的控制。X、Y、B軸配光 柵尺全閉環(huán)，系統(tǒng)帶硬盤及軟驅(qū)。

性價比是關(guān)鍵。操作、編程簡單方便、維修容易 上手，這也是必須顧及的問題。經(jīng)過調(diào)研，對國內(nèi)市 場占有量較大的多家國外公司的數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行全 面比較后，我們選用了西門子840D系統(tǒng)。理由：1) 西門子840D提供全中文操作、編程、維修的中文資 料，且人機(jī)對話的功能很強(qiáng)、很直觀，深受操作者歡 迎。2)西門子系統(tǒng)刀具長度補(bǔ)償自動激活，不需在 程序中編相關(guān)的執(zhí)行刀具長度補(bǔ)償?shù)闹噶睿乐沽?由于漏掉或?qū)戝e刀具長度補(bǔ)償語句時造成撞機(jī)故 障。3)西門子840D有很強(qiáng)的編譯預(yù)處理功能(40
段程序段），避免了由于編程超程而引起的撞機(jī)事 故發(fā)生及程序段的錯誤提前報警提示。4)數(shù)控系統(tǒng) 功能模塊化,PR0FIBUS總線控制。西門子840D數(shù) 控系統(tǒng)有控制2個軸到可控制31個軸的多種NCU 模塊提供選擇。硬件連接簡單，擴(kuò)展容易?？删幊炭?制器PLC為S7-300,開放性很強(qiáng)。標(biāo)準(zhǔn)配置很全， 無需選擇“選擇功能”。性價比高。

我們和北京凱普精益機(jī)電技術(shù)公司共同合作 完成S40-105加工中心的改造任務(wù)。

2系統(tǒng)硬件組成

1)    NCU571.3.數(shù)控單元

NCU 單元集成了 SINUMERIK840D 數(shù)控 CPU 和S7-300的PLC CPU芯片，包括數(shù)控軟件和PLC 軟件。

2)      人機(jī)交換裝置MMC

PCU50人機(jī)對話單元。它本身就是一臺帶硬盤 的計算機(jī)(NT/XP操作系統(tǒng)），內(nèi)置網(wǎng)卡、軟驅(qū)。

OP010:操作面板及顯示單元。建立起SINU- MERIK840D系統(tǒng)與操作人員之間的交互界面。

3)      驅(qū)動裝置

全數(shù)字伺服驅(qū)動裝置SIM0DRIVE611D配以 1FK進(jìn)給伺服電機(jī)和1PH的主軸電機(jī) 611D MSD 主軸伺服模塊:6SN1123-1AA00-0LA1 主軸電機(jī)：1PH7133-2NG02.-0B00 611D FDD 交流伺服模塊_:6SN1123-1AB00-0CA16SN1123-1AB00-0CA1

伺服電機(jī)：1卩1^6101-8人1^1-1八入0〇(、

Y、Z、B 軸）

Y軸帶制動器 4)可編程控制器PLC

SINUMERIK840D 系統(tǒng)集成 S7-300 的 PLC,并 通過通訊模塊IM361擴(kuò)展外部的I/O模塊。開放性 很強(qiáng)。

改造中還更換了刀庫編碼器，主軸定向用編碼 器。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計

1)PLC程序設(shè)計是數(shù)控改造的主要工作。

PLC程序是連接NC和機(jī)床的橋梁。它是實現(xiàn) 機(jī)床的輔助動作順序邏輯控制的核心。S7-300的 PLC程序的結(jié)構(gòu)由塊組成。西門子840D已為用戶 提供了一些標(biāo)準(zhǔn)的功能塊，供用戶選用。我們在 PLC程序中設(shè)計了標(biāo)準(zhǔn)功能塊、PLC初始化塊、主軸 控制塊、刀庫位置更新塊、工作臺自動交換塊、工作 臺手動交換塊、刀庫自動控制塊、刀庫手動控制塊、 刀具自動交換塊、刀具手動交換塊、報警處理塊等 功能模塊。

舉例工作臺交換控制

交換步驟為11步：（1)工作臺上升(2)機(jī)床門 開(3)拖架伸出到機(jī)床側(cè)，取機(jī)床上的工作臺(4)工 作臺下降，將工作臺放到拖架上(5)拖架縮回，取回 工作臺(6)A臺和B臺交換(7)拖架伸出，將新的工 作臺送至機(jī)床（8)工作臺上升，取下拖架上的工作 臺(9)拖架縮回（10)工作臺下降（11)機(jī)床門關(guān)。調(diào) 用M29指令激活工作臺自動交換。

工作臺自動交換子程序如下：（用M39調(diào)用） PROC PALLETCH SAVE DISPLOF SBL0F G500 DO

SUPA G01 Z=-0.961 F=2000;Z 軸工作臺

交換位置

SUPA G01 X=-50.635 F=2000;X 軸工作

臺交換位置

SUPA POS [B] =DC (359.032); B 軸工作臺 交換位置

G04 F3

M29                    激活工作臺自動交換

ST0PRE

SBL0N

M17

M29第6步A臺和B臺交換程序設(shè)計如下

A/B工作臺交換動作在監(jiān)控時間內(nèi)來完成

2)CAPE Manager(凱普管理器)設(shè)計 用戶通用數(shù)據(jù)設(shè)置：主要設(shè)置了主軸刀號、機(jī) 械手刀號、刀庫當(dāng)前所在位置、當(dāng)前工作臺A臺在 機(jī)床上、當(dāng)前工作臺B臺在機(jī)床上5個信息。主要 解決換刀故障和判斷工作臺A臺、B臺的位置，以 便正確的調(diào)用加工。

用戶設(shè)定數(shù)據(jù)設(shè)置：它包含刀具交換時是采用隨機(jī)方式或是固定方式的選擇;未回參考點是否允 許NC啟動以及系統(tǒng)中需要的時間定時器時間的設(shè) 定等數(shù)據(jù)。

刀具管理器：當(dāng)系統(tǒng)啟用了隨機(jī)刀位換刀功 能，則必須使用刀具庫管理器。 4聯(lián)機(jī)調(diào)試

PLC程序編制完成后，進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。（見系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)圖）

首先應(yīng)按西門子840D系統(tǒng)硬件的連接要求， 將各功能模塊正確連接，確保無誤。然后對NC系統(tǒng) 參數(shù)及機(jī)床各數(shù)據(jù)進(jìn)行正確設(shè)置，調(diào)試中對有一些 參數(shù)隨時進(jìn)行修改，使其滿足機(jī)床的要求。再對伺 服系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。調(diào)試過程中外圍的問題比較 多,需要一定的時間加以解決。

在機(jī)床正常動作調(diào)試完成后，我們用雷尼紹公 司的激光干涉儀對機(jī)床數(shù)控軸的定位精度，重復(fù)定 位精度進(jìn)行了測試、調(diào)整、使其滿足設(shè)計要求。

5使用效果

機(jī)床改造于2004.05.正式交付使用。運(yùn)行至今 故障率比過去大大降低。其發(fā)生的故障均是外圍的 開關(guān)、電磁閥的問題。西門子840D系統(tǒng)及驅(qū)動裝置 均未出現(xiàn)一次故障。

我們認(rèn)為用西門子840D改造后，保證了 S40- 105機(jī)床的精度髙、可靠性好、抗干擾能力強(qiáng)、操作 方便。深受操作工和維修人員的歡迎和好評。

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