摘要：FASH160KE 仿形銑床（chuáng）是20世（shì）紀70 年（nián）代末引進德國大型（xíng）模具加工產品，自（zì）安裝使用至今，電氣元件已嚴重老化，備件缺乏，特別是交磁放大（dà）及直流驅動器已無替（tì）代（dài）元件，因而（ér）造成控製調速失（shī）靈，已不能正（zhèng）常使用；同時（shí）其液壓仿（fǎng）形功能（néng）已無法修複，設備隻能作為普（pǔ）通龍（lóng）門（mén）銑床（chuáng）使用。設備機（jī）械部分尚精度良好，因此采用802D 數控係統及MICROMASTER-440 變（biàn）頻器對（duì）其進行（háng）數控化改造。
  
       關（guān）鍵詞（cí）：802D 數控（kòng）係統；數控機床；數控化改造DOI
  
       1 、設備現狀及改造必要性
  
      FASH160KE 仿（fǎng）形銑（xǐ）床是（shì）公司20 世紀70 年代（dài）末引進德國大型仿形（xíng）銑床，在（zài）公司的模具加工及維修中發揮了巨大的作用，雖經（jīng）30 多（duō）年的使用（yòng），其機械精度及主（zhǔ）軸性能良好，但由於其電氣係統（tǒng）故障頻繁，同時其液壓仿形功能損壞，造成該設備多數時間隻能作為普通龍門銑床（chuáng）使用， 而（ér）且作為主（zhǔ）要的驅動部件交磁放（fàng）大及直流驅（qū）動器已無替代元（yuán）件，造（zào）成控製調速失（shī）靈（líng），設備長（zhǎng）期無法正常工（gōng）作，因此必須對其電氣係統進行改造。設備原主軸電機為交流三相異步電機，X，Y，Z，W的4軸采用西門（mén）子早期直流調速係統，主要精度靠液壓仿形功能保證。
  
       2 、改造方案設計
  
      對於老設備的改造（zào）通（tōng）常的做法主要是選用（yòng）相應規格的驅動裝置及新的驅動電機控製設備的正常運（yùn）行，而其控製係統可選用PLC或是數控係統（tǒng）作為設備的控製（zhì）核（hé）心， 由於（yú）PLC 隻能作為對設備邏輯功能進行控（kòng）製，無法對設備加工製造能力和（hé）產品質量控（kòng）製能力進行提高（gāo），因此，對於仿（fǎng）形銑床的改造，根據其機械性能良好，且采（cǎi）用滾（gǔn）珠絲杠進行傳動，選擇數控化改造（zào）將大大發揮該設備的能力（lì）。具體方案（àn）： 對設備控製係統采用西門子SINUMERIK802D數控係統進行控製，X，Y，Z，W（橫梁軸（zhóu））4 軸采用SIMENS1FT6伺服（fú）係統及其配套的伺服電機進行控（kòng）製驅（qū）動。
  
      主軸保留原三（sān）相交（jiāo）流異（yì）步電機， 控製係統采（cǎi）用（yòng）西門子MICROMASTER 440 變頻調速（sù）係統作為主軸電機的驅（qū）動裝置，並在802D 係統（tǒng）中將其配置為（wéi）模擬主（zhǔ）軸，通過減速箱，實（shí）現在高低速兩擋內的無級變速。
  
      3 、SINUMERIK 802D 數控係統簡介
  
      3.1 係統功能
    
      SINUMERIK 802D 係統（tǒng）是近年來廣泛應（yīng）用於（yú）數控車、數控銑以及經濟型加工中心上的數控係統， 由PCU（麵板控製單元）、MCP（機床控製麵板）、NC 鍵盤、伺服驅動功率模塊（kuài）及電源、I/O 輸入輸出（chū）模塊、電子手輪等基本單元組成。PCU 作為802D數（shù）控係統的核心部件，將NCK（數控核心）、PLC、HMI（人機界麵） 和（hé）通信（xìn）任務集成在一起， 並用Profibus 現場總線將各單元（yuán）連接起來， 組成一個可同時控製4個伺服進給軸和一個模擬主軸的數控係（xì）統（tǒng）。
  
       3.2 PLC 部分
  
       802D 數控（kòng）係統各坐標軸的伺服控製由NCK 裝置完成,但機床邏輯控製則由PCU 內嵌的PLC 完（wán）成。機床外部輸入輸出（chū）信號（hào）經I/O 模（mó）塊（kuài）PP72/48 並通過Profibus 現場總線實現與PLC 的連接，每個PP72/48 具有3 個獨立的50 芯插槽，包括24位數字輸入和16 位數字量輸出， 依次每個I/O 模塊（kuài）具（jù）有72 位數字輸入（rù）和48 位數字輸出， 802D 係統最多可配兩塊PP72/48模塊， 及最多有144位數字輸（shū）入和（hé）96位數字輸出；PLC 的編（biān）程軟件使用Programming Tool Plc 802D， 該軟件與STEP-200PLC 編程軟件大致相同，使用LAD（梯形圖）作為（wéi）編程（chéng）語言，但所使（shǐ）用的（de）通信接口和通信電（diàn）纜有（yǒu）所不同。
  
      3.3 驅動單元
   
      SINUMERIK 802D 數控係統使用的是SIMODRIVE 611UE通用伺服驅動單元， 其配套的使用（yòng）的電機為SIMENS 1FK6 和1FK71 係列伺服電機， 電機所配編碼（mǎ）器信（xìn）號為1 Vpp 正弦波，611UE 配備的PROFIBUS 接口（kǒu）模塊用於速度環和電流環控製，位置（zhì）控製環由（yóu）PCU 實現。611UE 其控製模塊可選擇雙軸和單（dān）軸模塊，並且還可以在雙軸模塊上設置一個疊加軸。在本次對仿形銑床的（de）改造中選用4 個（gè）單軸控製模塊控製4個驅動軸， 同時設定疊加軸，配置為模擬主軸，完成（chéng）對主（zhǔ）軸控製。
  
      4 、SINUMERIK 802D 係統連接原理圖
  
      SINUMERIK 802D 係統是基於PROFIBUS 總（zǒng）線的數控係統，輸入輸出信號時通過PROFIBUS 總線的傳遞，位置調節也是通過PROFIBUS 完成；PCU 為PRIFIBUS 的主設備， 每個PROFIBUS 從設備（PP72/48，611UE） 都具有自己唯一的總線地址，因此設備在PROFIBUS總線上（shàng）的排序是任意的。PP72/48模塊的總（zǒng）線地址由模塊上的地址開關S1設定，第一塊為“9”，第二塊為“8”；611UE的總線地址可以利用工具軟件SIMOCOMU設定；完成對（duì）PROFIBUS的連接後，PROFIBUS兩個終端設備的終端電阻開關應處於（yú）ON的位置，中間設備的終端電阻開關位置為OFF。
  
      5 、設備電氣（qì）原理及PLC 編程
  
      5.1 設備電氣原理、
  
      經過分析係統，總共需要（yào）65個輸入點（diǎn）和28和輸出點，因此隻需要選（xuǎn）擇一塊PP72/48 模塊。伺服連接示意圖見圖1，主軸變頻器連接見圖2。

                          圖1 伺服連接示意（yì）圖

               圖（tú）2 主軸變頻器連接圖

      5.2 PLC 編程
  
      由於SINUMERIK802D 係統（tǒng）隨（suí）編程軟件提供一套銑床的標準PLC 程序， 采用標準的（de）西門子模塊化（huà）編程方式。主要包括MAIN（OB1）主程序模塊、COOLING（SBR43）冷卻模塊、AXIS_CTL（SBR40）軸控製模塊等數（shù）控係統控製主要功能模塊，隻需要對應相應的地址，就可實現係統的基本功能。對於仿（fǎng）形銑床的改造， 由於外部控製的要求， 增（zēng）加了SPINDE（SBR1）主軸控製模塊、YEYA（SBR2）液壓控製模塊、TOOLS（SBR3）道具控製模塊、TAOTONG（SBR6）套筒控製模塊4 個新的功能模塊。
  
      6 、結束語
  
      改造後（hòu）的仿形銑床變成了一台真正意義上的（de）大型數控龍門銑床，設備精度高，性能可靠，故障率大大降低（dī），操作方便。同時（shí）由於802D 係統能提供與電腦（nǎo）的通信（xìn）能力，使得（dé）改造後的設備可實現在線加工能力，為公司的模具加工提供了可靠的保障。