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西門子 840D 數控係統在車削加工中心電氣係統改造中的應用

2020-7-30 來源：中國（guó）航發哈爾濱東安發動機有限（xiàn）公司作者：楊愷

摘要：本文針對數控係統的運行（háng）在改造之後（hòu）的狀況進（jìn）行分析，圍繞改造中西門子 840D 數控係統用於車削（xuē）加工中心，係統具體名稱（chēng）為西門子 SINUMERIK840C 數控係統，在改造中進行了不同配置的安裝。原有的 840C 數控係統采用SIMODRIVE611D 驅動於 1999 年從德國引（yǐn）進（jìn） , 采用的是大板結構，車削中心（xīn）在（zài）大板上安裝不同的子板，采用 PLC 進行邏輯控製，配有兩個伺服軸，配置自使（shǐ）用至今機械部分狀態還（hái）比較穩定 , 但是（shì）數（shù）控（kòng）係統經常出現係統（tǒng）故（gù）障 , 說明（míng）進入老化（huà）期，經過西門子 840D 數控（kòng）係（xì）統改（gǎi）造升級方案實施後，係統不僅可進行各種車銑複合加（jiā）工，並且升級改造後的驅動依然沿用了老的（de）係統的驅動，此項電氣係統改造促使車（chē）削加工中心的使用率大幅度提高。

關鍵詞：西門子 840D 數控係統；車削（xuē）加工中心；電氣改造

本文舉某數控係統的電氣（qì）改造案（àn）例，論（lùn）證數控係統進行改（gǎi）造升級之後提高電氣係統運行的應用效果。案例中的數控係統由西門子生產，型號為SINUMERIK840C，從德（dé）國引（yǐn）進。該（gāi）數控係統根據不同的配置在大板上安裝不同的子板，配備 S5 係（xì）列PLC 進行包括大板結（jié）構的構建和邏輯（jí）控製；驅動為SIMODRIVE611D，長期（qī）使用後，為提高車削（xuē）加工中（zhōng）心（xīn）的使用率做出貢獻。該車削中心（xīn）進行各種車銑複合加工，係統配有兩個伺服軸和主軸，經過長期使用已經出現老化的跡（jì）象，係統故（gù）障時有（yǒu）發生，但是機械部分狀態還比較穩定（dìng）。經過（guò）論證，采用 840C 數控係統配備升級改造的方案，方案對（duì）於原（yuán）有得 611D 驅動依（yī）然保留，同時對數控係統進行升級改造，而且選用 840D 數控係統（tǒng）作為升級（jí）改造的對（duì）象，經（jīng）過實踐證明不僅保（bǎo）證了通用性，而且還大大節省了升級改造費用。此（cǐ）項技術具有強大的全（quán）

數字化功（gōng）能，技（jì）術領先，成為主（zhǔ）流數控係統之一。

1、電氣係統的硬（yìng）件升級（jí）改造設計思路

新的機床改造采（cǎi）用（yòng）全閉環控（kòng）製，設計工（gōng）作中（zhōng）首先要了解各模（mó）塊的功能和連接關係（xì），根據機床控製係統中的應用係統硬件的（de）安裝（zhuāng）與配線的結構（gòu）做好硬件升（shēng）級改造設計。西門子（zǐ）數控車削加工中心由（yóu）尾座、閉式中心架、床頭箱、刀架構成機床的主體，具有數控（kòng）全功能的特點，屬於臥式車削加工中心。驅動沿用原來的 611D，機床的輔（fǔ）助設備包括冷卻裝置、液壓油箱、切屑輸送器（qì）、油溫控製器。改造采用的（de）硬件配置包括：1FK7 係列電動機，1PH7 係列主軸、西（xī）門子 S7-300 係列 PLC。根據原 840C 係（xì）統的電氣原理，SINUMERIK840D 數控係統硬件連接（jiē）對數字驅動模塊進行了重新的設置，論證了

電動機轉速大小、定位控製的數據交換、設備總線接口（kǒu）X151 與 611D 驅（qū）動總線接口 X341 連接（jiē），精確定位和控製數控機床，采用（yòng）檢測元件的方式（shì）對接口 X421 和數字驅動（dòng）模塊 (611D) 位置接口 X411 構成（chéng）的全閉環控製係統進行檢測，通過伺服電動機編碼器和光柵尺。

2、 PLC 軟件的安裝與調試

隨係統提供的 SINUMERIK840D Toolbox 軟件，數控係統包括基（jī）本（běn） PLC 部分（fèn）和（hé）追加部分。如 S7-300 可編程控製器以及編程軟件、機床控製程序，根據機床控（kòng）製規模，追加（jiā）部分順應控製需求進行控製。SINUMERIK840D 的 PLC 存儲區域對編程器與SINUMERIK840D 之間的 PC 適配器及 MPI 通訊電纜進行清理（lǐ）步驟（zhòu）為以下幾點。

（1）按一下 NCU 上 Reset 複位按（àn）鈕，此時 NCU上的數（shù）碼管顯示為 6，將 NCU 上 S4 旋鈕開關（guān）設置為中（zhōng）央控製單元。

（2）NCU 上的兩排 LED 中右（yòu）邊一排（pái）紅燈應滅掉，等若幹秒（miǎo）後，將 NCU 上 S4 旋鈕開關，由（yóu） 3 擰到 2，再停若幹（gàn）秒。

（3）將 NCU 上 S4 緩慢擰動，右上（shàng）的一個綠燈亮，完成了 PLC 內存清理（lǐ）。

3 、機床數據 MD 的安裝與調試過程

在搭建的一個簡單的、小規模（mó）的機（jī）床（chuáng）數據平台上進行標準機床數（shù）據的裝載、NCK 內存（cún）的清除，用戶機床參數的設置過程中，標準機床數據裝載的基礎上（shàng），已裝入標準 MD，按 RESET 鍵，將 S3 擰到 1，完成清內存，這（zhè）樣可保（bǎo）持正常工作狀態。SIEMENS 公司為用（yòng）戶進行機床數據裝載到 NCK 內的操作，根據的是被控製機床（chuáng）的（de）特點，再開發設置被控（kòng）製機床所需要的機床參數（shù），從類型來看由（yóu）於標準機床數據是 SINUMERIK840D，機床參數很（hěn）多，因此要密切關注以下幾（jǐ）個數（shù）據：特殊機床數據、主軸（zhóu）機床數據、通用（yòng）機床數據（jù）、進給（gěi）軸（zhóu）機床數據等。圖 1 為車削加工中心驅（qū）動模塊。

圖 1 車（chē）削加工中心驅動模塊

進入機床參數設置菜單，係統設定數據按軟功能鍵菜單選擇，如軸名、換刀時間、位（wèi）置控製周期、係統時鍾（zhōng）周期、等係統參數。SINUMERIK840D 數控係統的一些運行參數 , 設（shè）置通道特殊機床數據，主要包括德馬吉數控車削中心軸名設置有 X、Z、SP1、SP2 共 4 個軸。主要說明本設備所處的（de）通道號，以（yǐ）及軸號與軸名的對應關係，其中 SP1 和 2 為旋轉（zhuǎn）軸，X、Z 為直線軸。按（àn）軟（ruǎn）功能（néng）鍵(Channel Specific)，通道特殊機（jī）床數據同在一個（gè）通道內，軸名不能重複，係統設定數據 : 按軟功能鍵 General 進（jìn）行係統設定數據的設置。機床數據都不過濾，再按軟功能鍵 Machine Date，進入參數菜單。過濾器功能這時用 Display Option，取消，進入驅動配置頁麵，按 M M C 上的水平軟功能鍵進入通道，進行機床數據MD 的設置（zhì） (D RIV ECONFIG)。表 1 為車削加（jiā）工中心驅動模塊位置表（biǎo）。

表 1 車削加工中心驅動模塊位置表

下一坐標軸電動機參數配置，根據（jù）實際情況選1AXIS 或者 2AXI，水平軟功能（néng）鍵 (INSERT MODEL)會在被按下後，按照電動機銘牌選相應代號（hào）的電動機（jī）。我們這裏選擇的是雙軸模塊，用垂直軟功能鍵(DRIVE+) 或（huò）者 (DRIVE-) 選，直到進（jìn）給軸進給驅動，完成後進行驅動的配置，主軸 MSD 未被激活，是淺灰色的，主軸 MSD、進給驅動 FDD 軟功能鍵變清晰 , 被激活。電動機（jī）的選擇（zé）需要遵循安裝電動（dòng）機銘牌選相應代號，啟動電動機。圖 2 為（wéi）西門（mén）子 SINUMERIK840D 數（shù）控係統。

圖 2 西門子 SINUMERIK840D 數控係統

4 、結語（yǔ）

綜上所（suǒ）述 , 經過對係（xì）統應用調試中的統籌兼顧 , 最終確定了西門子 SINUMERIK840D 數控係統的升（shēng）級改造方案，設置了 PLC 程序及 SINUMERIK840D 機床參數，使得該係統成為了當今世界較為（wéi）先（xiān）進（jìn）的控製係統。如今，進行（háng）數控係統的應用，主旋律是升級改造車削加工中心（xīn），堅持數（shù）控係（xì）統的主旋律，讓數控車削加（jiā）工中心無論在（zài）功能（néng）強大性、運行可靠性、性能全麵性、可維（wéi）修簡便性等方麵都達到了一個新的高度，重（chóng）新（xīn）煥發了生命，而且也滿足了企業獲得最大經濟效益的生產目標，達到預期目的。

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