摘 要：C5225 立式車床在保留右刀架（jià）機械結構和手動操作功能不變（biàn）的基礎上，用 SINUMERIK 828D 數控係統和 S120 驅動係統完成對左（zuǒ）刀架（jià）進給軸的半閉環（huán）控製，使其能夠聯動，完成複雜零件的加工。
 
       關鍵詞：C5225；SINUMERIK 828D；S120 驅動係統；數控改造
 
       1、 C5225 立式車床概況
 
       C5225 立式車床自 1973 年出（chū）廠至今，已使（shǐ）用近 40 多年。隨（suí）著市場和產品（pǐn）的變化，C5225 立車的功能已（yǐ）不能滿（mǎn）足公司要求。主要表（biǎo）現：機床精度較差，機床（chuáng）使用期間從未（wèi）進行過大修，隻能完成產品的粗加工工序；機（jī）床的加工範（fàn）圍小，刀架係統的進給軸隻能互相（xiàng）切換，不（bú）能聯（lián）動，無法完成具有複（fù）雜曲（qǔ）麵（miàn）零件的加工；機床故障（zhàng）率高，機床一直處於超（chāo）負荷運轉狀態，電控係統故障頻繁，維修困難，造成機床長時間停機維修，嚴重（chóng）影（yǐng）響生產（chǎn）效率；機床的（de）適（shì）應性差，對不同零件（jiàn）的加工，需要先（xiān）設計工裝刀具（jù）設備，增加了生產成本。
 
       2、 C5225 立式車床改造要（yào）求
 
       為滿足公司的生（shēng）產需求，加工具有複（fù）雜曲麵的產品，改後造（zào）的 C5225 立車必須達（dá）到 6 項要求。
 
      （1）更換電氣（qì）控（kòng）製係統，全麵提高機床（chuáng）性能和穩定性（xìng）。
      （2）實現刀架兩個進給軸的聯動，使其具備直線插補和圓弧插補的功（gōng）能，滿（mǎn）足（zú）公（gōng）司的（de）加工（gōng）需求。
      （3）利用數控係（xì）統的模擬主（zhǔ）軸功能，在 NC 係統中通過編程控製機床主軸。
      （4）保留一個刀架用於常規加工或者備用。
      （5）降（jiàng）低設備（bèi）故障（zhàng）率，便於維護管（guǎn）理。
      （6）增加 Mini 手持單元，使得（dé）對刀操作更加方便。
 
      3 、C5225 立式車床數控化改造方案
 
      根據 C5225 立式車（chē）床的情況和（hé）改造要求，提出改造方案。保留（liú）右刀架的機（jī）械結構和（hé）手（shǒu）動操作功能不變，用 SINUMERIK828D 數控係統對左刀架的兩個（gè）進給軸進行半閉環控（kòng）製，使（shǐ）其可以進行聯動，並（bìng）且增加變頻器實現主軸安全（quán）可靠的控製。
 
      3.1 左刀架控製部分
  
      將 C5225 立式車床左刀（dāo）架的走刀箱拆（chāi）除，各軸采用電機通過行星減速器與絲杠直連的方式進行設（shè）計，並更（gèng）換（huàn）新的滾珠絲杠（gàng）。數控係統采用 SINUMERIK 828D，左刀架 Z 軸和（hé） X 軸進給伺服驅動係統采用 SINAMICS S120 驅（qū）動（dòng）係（xì）統和 1FK7 係（xì）列交流伺服電機。數控（kòng）係（xì）統和（hé）驅動係統（tǒng）的產品見表 1。數控係（xì）統 SINUMERIK 828D 不僅需要和 MCP 模塊、PP72/48D PN 模塊通信，還需要和 S120 驅動（dòng）係（xì）統連接起來，連接方式見圖（tú） 1。通信線從 828D 的 Profinet 接（jiē）口 PN1 連到 MCP483 的（de） X20 接口，又從（cóng） MCP483 的 X21 接口（kǒu）連到 PP72/48 D PN 模塊的Port 接口，這樣 828D PPU 就可以（yǐ）和 MCP、PP 模塊進行通信。
  
                        表1 數控係統的組成部件
      

              圖 1  SINUMERIK 828D 的（de）拓（tuò）撲結構圖
 
     10 kW 的電源模塊 SLM 是沒有 DRIVE_CLIQ 接口的，所以828D 與 S120 的（de）連接是從 PPU 的 X100 接口（kǒu）直接到 DMM 的 X200 接口，Z 軸和 X 軸電機內置的編碼器連接到 DMM 的（de） X202、X203 接口（圖 1）。
 
 
     3.2 主軸控製部分
 
     C5225 立（lì）式車床的原主電機為（wéi）三相交流電機，啟動方式為星/ 三角啟動，製動方式為能耗（hào）製動。工作（zuò）台共有 16 擋，通過機械齒輪傳動進（jìn）行變擋，而且主軸的操作集成（chéng）在懸掛麵板上。為了使主（zhǔ）軸的控製更加方便快（kuài）捷、安全可（kě）靠，增加（jiā）變頻（pín）器控製主軸，並且將機械擋位變為 4 擋，通（tōng）過變頻器實現主軸在擋位（wèi）上的無極（jí）調（diào）速。主軸的操作既可以在懸掛（guà）麵板上，也可以在 MCP 麵板上。
 
     SINUMERIK 828D 數控係統（tǒng）還提供了模擬（nǐ）主軸的（de）功能（néng），即不僅可以（yǐ）手動控製主軸，還可以（yǐ）在 NC 係統中（zhōng）通過編程指令（lìng）控製主軸（zhóu）。在手動模式下，可以通過懸掛麵板（bǎn）和 MCP 麵（miàn）板來控製主軸的正轉、反（fǎn）轉、加速（sù）、減速、正點、反點和停止。主（zhǔ）軸變擋按鈕是在 MCP 麵板（bǎn）上。在編程模式下，可以通過變擋指令和運動指令來實現主軸的變擋控製和運動控（kòng）製。828D 還提供了主軸（zhóu）擋位顯示功能，無論是手動變擋還是編程變擋，都可以在 HMI 上顯（xiǎn）示目前主軸所在的擋（dǎng）位。
 
     C5225 立式車床主軸的變頻器連接見圖 2。L1 為輸入交流電抗器。可以防止電網高壓輸入而損壞整流部分元器件。S1-S8是開關量輸入端（duān）子，通過功能碼（mǎ）設置 S1-S8 的功（gōng）能來控製主軸的運動。AI1 與 GND 為（wéi）模擬量輸入接口，與 828D PPU 的 X252.1 和 X252.2 腳連（lián）接起來，可（kě）以實現模擬主軸功能。RO1 和（hé） RO2為（wéi）繼電器輸出點，連接兩個（gè）中間繼（jì）電器，通過功能（néng）碼設置中間繼電器指示為（wéi）變頻器準備好與變頻器過載報警（jǐng）。
  
    
  
          圖2 C5225 立式車床主軸變頻器的連接（jiē）示意
 
     4 、C5225 立式（shì）車床的調試
 
     機床通電（diàn）調試之（zhī）前，要檢查 DC 24 V 回路有無短路，驅（qū）動器進線電源模塊與（yǔ）電機模塊的直流母（mǔ）線連接是否可靠，DRIVECLiQ 電纜和 PROFINET 電纜連接是否正確 。一切正（zhèng）常之後，機 床方可通電。
 
     4.1 驅動係統的調試
 
     828D 數控係統上電之後，首先要進行係統的初始設定。在確保 PLC 控製程序所有的安（ān）全功能全部準確無誤後（hòu），開始調試（shì）驅動。驅動的調試包（bāo）括配置驅動和分（fèn）配軸：在 HMI 上通（tōng）過MENU→調試→驅動係統→驅動設備進入驅動配置界麵，按“確認”鍵開始（shǐ）配置驅動；必須用 Startup-tool 軟件來進行軸分配，打開 Startup-tool 軟件，點擊（jī）“Drive system”→“Drives”，按照提（tí）示就可以（yǐ）完成軸的分（fèn）配。分配軸的過程中一定（dìng）要注意各個軸的配置選擇，正（zhèng）確選擇各個軸的電機是否帶抱（bào）閘。
 
      4.2 係統的（de）軸控製使能鏈
 
     係統的（de）軸控製使能鏈就是指係統各部分上電順（shùn）序（xù）的先後。SINUMERIK 828D 和 S120 驅動係統上電的第一步是給電源模塊加 EP 使能，即電源模塊 SLM 上的 X21.3 給入 24 V。間隔100 ms 後，可以加 OFF1 使能，即 PPU 的 X122.1 給入 24 V。OFF1 使能加上後，可以加 OFF3 使能（néng），即 PPU 的 X122.2 給入24 V；加 OFF3 的同時可以給各軸加脈（mò）衝使能和控製使能，即PLC 接口地址 DB380x.DBX4001.7 和 DB380x.DBx2.1=1。按下急停開關時，首先應該斷掉 OFF3，待所有軸出現靜止信號（PLC：DB390x.DBX1.4）時，可以同時斷開 OFF1、脈衝（chōng）使能和控製使能，OFF1 斷開後延時 100ms 斷開 EP 使能。可以通過828D PPU 上的按鍵“MENU”→“診斷”→“〉”→“軸診斷”來查（chá）看係統各（gè）部分的使能是（shì）否已加上。
 
      4.3 機床（chuáng）參數的設置
   
      驅動配置之後，還（hái）有一些與機械相關的機床（chuáng）數據需要自（zì）行設定。隻有設定這些參數之後，才可以在（zài） NC 係統中控製左刀架的進給軸和主軸。需自行設定的參（cān）數見（jiàn）表 2。

                    表 2 自行設定的機床參數

     
    
      4.4 PLC 程序的調試
 
      C5225 立式車床的輸入輸（shū）出模塊是采用西門子的 PP72/48D PN 模塊，該（gāi）模塊（kuài）提供 72 個輸入點和 48 個輸出點。C5225立式車床左刀架的運動是由數控係統控製的，無需 PLC編程控製。而 MCP 麵（miàn）板、急停、手持單元的程序都是從 828D 子（zǐ）程序庫中調用。油泵電機（jī）、橫梁電機、右（yòu）刀（dāo）架快（kuài）速電機、進（jìn）給電機、主電機的控製程（chéng）序以及報警文本程序需自己編製（zhì）。
 
      5 、改造效果
 
     C5225 立式車床改造之後，電氣（qì）控製係統運轉正常，左刀架的 Z 軸（zhóu）和 X 軸可以聯動，可以加工球（qiú）麵瓦（wǎ）等類似的工件，而且電控係統穩定，無故障發生，可以實現 9 項功能，達到了數控化改（gǎi）造的預期目標。
 
    （1）左刀架的進（jìn）給軸 X 軸和 Z 軸可以實現聯動，具備直線插補和圓弧插補（bǔ）的功能，可以加工具有複雜（zá）曲麵（miàn）的零件。
    （2）可以（yǐ）用 Mini 手持單元控製左刀架的進給軸，使（shǐ）得操作者手動操作更加（jiā）靈活，對刀變得更加容易。
    （3）保留了右刀架的功能，可以作為常（cháng）規加工使用或備用（yòng）。
    （4）增加變（biàn）頻器控製主軸，使得主軸的控製更加安全可靠（kào），而且可以實現主軸在擋位上（shàng）的無極（jí）調速。
    （5）主軸（zhóu）的操作更加方便，既可以在懸掛麵板操作，也可以在 MCP 麵板上操作（zuò）。
    （6）可以在 HMI 上看到主軸的擋位顯示。
    （7）增加（jiā）了模（mó）擬主軸的功能，可以（yǐ）通過編（biān）程指令實（shí）現（xiàn）主軸的自動換擋和運動（dòng）控製。
    （8）在（zài） HMI 上創建了報警文本，可以方便快速的發現機床故障，縮短了故障排除時間。
    （9）在機床左刀架安裝精密行程開關，使（shǐ）機床運行（háng）更加（jiā）安全可靠。

     來源：1.洛陽中重設備工程工具有限責任公司  2.中信重工機（jī）械股份有限公（gōng）司