摘 要：C5225 立式車床在保（bǎo）留右刀架機械結構和手動（dòng）操作功能不變的基礎上，用 SINUMERIK 828D 數控係統和 S120 驅動係統完成對左刀架進給軸的半閉環（huán）控製，使其（qí）能夠（gòu）聯動，完成複雜零件的加工（gōng）。
 
       關鍵詞：C5225；SINUMERIK 828D；S120 驅動係（xì）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（yǐ）使用近 40 多年。隨著市場和產（chǎn）品的變化，C5225 立車的功能已不能滿足公司要求。主要表現：機床精度較差，機床使用期間從未進行過大修，隻能完成產品的粗加工工序；機床的加工範圍小（xiǎo），刀架（jià）係統的（de）進給軸隻能互（hù）相切換，不能聯動（dòng），無法完成具有複雜（zá）曲麵零（líng）件的加工；機床故障率高，機床一直處於超負荷運轉狀態，電控（kòng）係統故障頻繁，維修困難，造成機床長時間停機維修，嚴重影響生產效率；機床的適應性差，對（duì）不同零件的加工，需要先設計工裝刀具設備，增加了生產成本。
 
       2、 C5225 立式車（chē）床改造要求
 
       為滿（mǎn）足公司的生產（chǎn）需求，加工具有複雜曲麵的（de）產品，改後造的 C5225 立車必須達到 6 項要求（qiú）。
 
      （1）更換電（diàn）氣控製係統，全麵提高機床（chuáng）性能和穩定性（xìng）。
      （2）實（shí）現刀架兩（liǎng）個進給（gěi）軸的聯動，使其具備直線插補和圓弧插補的功能，滿足公司（sī）的加工需求。
      （3）利用數控係統的模擬主軸（zhóu）功能，在 NC 係統中通過編程控製機床主軸。
      （4）保留一個（gè）刀架用於（yú）常規加工或者備用。
      （5）降低設（shè）備故障率，便於維護管理。
      （6）增加 Mini 手持單元，使得對刀操作更加方便。
 
      3 、C5225 立式車（chē）床數控化改造方案
 
      根據 C5225 立式車床的情（qíng）況和改造要求，提出改（gǎi）造方案。保留右刀架的機（jī）械結構（gòu）和手動操作功能不變，用 SINUMERIK828D 數控係統（tǒng）對左刀架的兩個進（jìn）給軸進行半閉環控製，使其可以進行聯動（dòng），並且增加變頻器實現主（zhǔ）軸安全可（kě）靠的控製。
 
      3.1 左刀架控製部分
  
      將 C5225 立式車床左刀架的（de）走刀箱拆除，各軸（zhóu）采用電機通過行星減速器與絲杠直連的方式進行設（shè）計，並更換（huàn）新的滾珠絲杠（gàng）。數控係統采用 SINUMERIK 828D，左刀架 Z 軸和 X 軸進給伺服驅動係統采用（yòng） SINAMICS S120 驅（qū）動係統和 1FK7 係列交流伺服電機。數控係統和驅動係統的產品見表（biǎo） 1。數控係統 SINUMERIK 828D 不僅需要（yào）和 MCP 模塊、PP72/48D PN 模塊通信（xìn），還需（xū）要（yào）和 S120 驅動係統連接（jiē）起來，連接方（fāng）式見圖（tú） 1。通信線從 828D 的（de） Profinet 接口（kǒu） PN1 連到 MCP483 的 X20 接口，又從 MCP483 的 X21 接口連到 PP72/48 D PN 模塊的Port 接口，這樣 828D PPU 就可以（yǐ）和（hé） MCP、PP 模塊進行通信。
  
                        表（biǎo）1 數控係統的組成（chéng）部件
      

              圖 1  SINUMERIK 828D 的（de）拓撲結（jié）構圖
 
     10 kW 的電源（yuán）模塊（kuài） SLM 是沒有 DRIVE_CLIQ 接口的，所以828D 與 S120 的連接是從 PPU 的 X100 接口直接到 DMM 的 X200 接口（kǒu），Z 軸和 X 軸電機（jī）內置的編碼（mǎ）器連接到 DMM 的 X202、X203 接口（圖 1）。
 
 
     3.2 主軸控製部分
 
     C5225 立式車床的原主電機為三相交流電機，啟動方式為星/ 三角啟動，製（zhì）動方式為能耗製動。工作台（tái）共有 16 擋，通過機械齒（chǐ）輪（lún）傳動進行變擋，而且主軸的操作集成在懸掛麵板上。為了使主（zhǔ）軸的控（kòng）製（zhì）更加方便快捷、安全可靠（kào），增加變頻器控製主軸，並且將（jiāng）機械擋位變為 4 擋，通過變頻器（qì）實現主軸在擋位上（shàng）的無極調（diào）速。主軸的操作既可（kě）以在（zài）懸掛麵板上，也可以在 MCP 麵板上。
 
     SINUMERIK 828D 數控係統還提供了模擬主軸的（de）功（gōng）能，即不（bú）僅可以手動控（kòng）製主軸，還（hái）可以在 NC 係統中通過編程指令控製（zhì）主軸。在（zài）手動模式下，可以通過懸掛麵板和（hé） MCP 麵板來控製主軸的正轉、反轉、加速、減速、正點、反點（diǎn）和（hé）停止。主軸變擋按鈕是在 MCP 麵板上。在編程（chéng）模式下，可以通過變擋指令和運動指令來實現主軸（zhóu）的變擋控製和運動控製。828D 還提（tí）供了主軸擋位顯示功能，無論是手動變擋還是編程變擋，都可以在（zài） HMI 上顯示目前主軸所在的擋位。
 
     C5225 立（lì）式車床主軸的（de）變頻器（qì）連接見圖（tú） 2。L1 為輸入交流電抗器。可以防止電網高（gāo）壓輸入而損（sǔn）壞（huài）整流部分元器件。S1-S8是開關（guān）量輸入端子，通過功能碼設置 S1-S8 的功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 腳連接起來，可以實現模擬主（zhǔ）軸功能。RO1 和 RO2為繼電器輸出點，連接兩個中間（jiān）繼電器，通過功能碼設置中間繼電器指示為變頻器準（zhǔn）備好與（yǔ）變頻器過載報警。
  
    
  
          圖2 C5225 立式車床主軸變頻器的連接示意
 
     4 、C5225 立式車床（chuáng）的調試
 
     機床通電調試之前，要檢查 DC 24 V 回路有無短路，驅（qū）動（dòng）器進線電源模塊（kuài）與電機模（mó）塊的直流母線連接（jiē）是（shì）否可靠，DRIVECLiQ 電（diàn）纜和 PROFINET 電纜連接是否正（zhèng）確 。一切正（zhèng）常之後，機 床（chuáng）方可通電。
 
     4.1 驅動係統的調試
 
     828D 數控（kòng）係統上（shàng）電之後，首先要進行係統的初始設（shè）定。在確保 PLC 控製程序所有（yǒu）的安全功（gōng）能（néng）全（quán）部準確無誤後，開始調（diào）試驅動。驅動的調試包括配置驅動和分配軸：在 HMI 上（shàng）通過（guò）MENU→調試→驅動係統→驅動設備進（jìn）入驅動配置界麵，按（àn）“確認”鍵開（kāi）始配置驅動；必須用 Startup-tool 軟（ruǎn）件來進行軸分配，打開 Startup-tool 軟件，點（diǎn）擊“Drive system”→“Drives”，按照提示（shì）就可以完成（chéng）軸的分配。分配軸的過程中一（yī）定要注意各個軸的配置選（xuǎn）擇（zé），正確選擇各個軸的電機是否帶抱閘。
 
      4.2 係統的軸控製使能（néng）鏈
 
     係統的軸控製使能鏈就是指係統各部（bù）分上電（diàn）順序的先後（hòu）。SINUMERIK 828D 和（hé） 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（shàng）的（de） X21.3 給入 24 V。間隔100 ms 後（hòu），可以加 OFF1 使（shǐ）能，即 PPU 的 X122.1 給入 24 V。OFF1 使能加上後（hòu），可以（yǐ）加 OFF3 使（shǐ）能，即 PPU 的 X122.2 給入24 V；加 OFF3 的同時可以給各軸加脈衝（chōng）使能和控製使能，即（jí）PLC 接口地址 DB380x.DBX4001.7 和 DB380x.DBx2.1=1。按下急停開關時，首（shǒu）先應該斷掉 OFF3，待所有軸出現（xiàn）靜止信號（PLC：DB390x.DBX1.4）時，可以同時斷開 OFF1、脈衝使能和控製（zhì）使能（néng），OFF1 斷開後延時 100ms 斷開 EP 使能。可以通過828D PPU 上的按鍵（jiàn）“MENU”→“診斷”→“〉”→“軸診斷”來查看係統各部分的使能（néng）是否已加上。
 
      4.3 機床（chuáng）參數（shù）的設置
   
      驅動配置之後，還有一些與機（jī）械相關的機（jī）床數據需要自行設定。隻有設定這些參（cān）數（shù）之後，才可以在 NC 係統中控製左刀架的進給軸和主軸。需自行設定的參數見表 2。

                    表 2 自行設定的機床參數

     
    
      4.4 PLC 程序的調試
 
      C5225 立式車床的輸入輸出（chū）模塊是采用西門子的 PP72/48D PN 模塊，該模塊提供 72 個輸（shū）入點和 48 個輸出點（diǎn）。C5225立式車床左刀架的運（yùn）動是由數控（kòng）係統控製的，無需 PLC編程控製（zhì）。而 MCP 麵板、急停、手持單元的程序都是從 828D 子程序庫中調用。油（yóu）泵（bèng）電機、橫（héng）梁電機、右（yòu）刀架快（kuài）速（sù）電機、進給電機、主電機的（de）控製程序以（yǐ）及報警文本程（chéng）序需自己編製。
 
      5 、改造效果
 
     C5225 立式（shì）車床改造之後，電氣控製係統運轉正（zhèng）常，左刀架的 Z 軸和 X 軸可以聯動，可以加工球麵瓦等類似的工件，而且電控係（xì）統穩定，無（wú）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（de）進給軸 X 軸和 Z 軸可以實現聯動，具備直線插補和圓弧插補的功能，可以加工具有複雜曲（qǔ）麵的零件。
    （2）可以用 Mini 手持單元控製左刀架的進給軸，使得操作者手動操作更（gèng）加靈活，對刀變（biàn）得更（gèng）加容易。
    （3）保留了右刀架的功能，可以作為常規加（jiā）工使用或備用。
    （4）增加變頻器控製主軸，使得主軸的控製更加安全可靠，而且可以實現主軸在擋位上的無極調速。
    （5）主軸的操作更加方便，既可以在懸掛麵板操作，也可以在 MCP 麵板上操（cāo）作。
    （6）可以在 HMI 上看到（dào）主軸的擋位顯示。
    （7）增（zēng）加（jiā）了模擬主軸的功能，可以通過編程（chéng）指令實（shí）現主軸的自動換擋和運動控製（zhì）。
    （8）在 HMI 上創建了報警（jǐng）文本，可以方便快速（sù）的發現機床故障，縮短（duǎn）了（le）故障（zhàng）排除（chú）時間。
    （9）在機床左刀架安裝精密行程開關，使機床運行更加安全可靠。

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