■中航飛機西安飛機分公司 （陜西 710089） 劉紅安

西門子840D sl在XKF2312/2.5數(shù)控龍門銑床改造中的應(yīng)用（上）

■中航飛機西安飛機分公司 （陜西 710089） 劉紅安

摘要：目前，先進數(shù)控系統(tǒng)西門子840D sl在國際數(shù)控加工領(lǐng)域應(yīng)用較廣，需要對其仔細研究。本文通過利用該數(shù)控系統(tǒng)對XKF2312/2.5數(shù)控龍門銑床進行數(shù)字化改造這一典型案例，詳細分析了西門子840D sl的物理及軟件結(jié)構(gòu)，對數(shù)控銑床的改造流程進行了說明。

西門子840D sl數(shù)控系統(tǒng)代表當(dāng)今世界數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的高端水平。目前，我公司逐步引進了西門子840D sl數(shù)控系統(tǒng)的高端設(shè)備。隨著840D sl數(shù)控系統(tǒng)在公司生產(chǎn)領(lǐng)域應(yīng)用的日益普及，對設(shè)備的數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用開發(fā)正不斷深入，同時設(shè)備使用的應(yīng)用與保障問題也日漸突出。因此，必須通過持續(xù)不斷地技術(shù)進步和創(chuàng)新提升設(shè)備加工效率——利用該先進數(shù)控系統(tǒng)，對普通設(shè)備或控制系統(tǒng)老化的數(shù)控設(shè)備加以技術(shù)改造，使之煥發(fā)強大的生命力，是我們對西門子840D sl數(shù)控系統(tǒng)引進消化再吸收的重要手段之一。

數(shù)控龍門銑床概況

XKF 2 3 1 2 / 2.5系桂林機床廠制造，工作臺面積為1 200mm×2 500mm，T 形槽（寬度×距離：28mm×40mm）9個，坐標(biāo)行程X向2 300mm，Y向行程為900m m，Z向行程830mm。數(shù)控系統(tǒng)采用意大利FIDIA C2系統(tǒng)，主軸及伺服電動機采用西門子611A交流模擬伺服驅(qū)動器及1FT5電動機。坐標(biāo)軸X、Y定位精度0.003mm，Z定位精度0.004mm，3個坐標(biāo)軸重復(fù)定

位精度均為0.001mm，主軸功率30kW，轉(zhuǎn)速可達0～5 000r/min，采用德國Z F變速箱，兩級調(diào)速。該設(shè)備特點：重切削，用于30CrMnSi/Ti合金及鑄鐵等航空類黑色金屬結(jié)構(gòu)件與模胎的加工；進給速度快，達12 000mm/min。

機床原數(shù)控系統(tǒng)采用意大利FIDIA C2，系統(tǒng)內(nèi)部通信是工控機ISA總線，數(shù)控系統(tǒng)各板件分別控制輸入輸出、NC插補和PLC控制，功能單一、數(shù)量多，整個系統(tǒng)集成采用多板件搭接結(jié)構(gòu)；FIDIA C2系統(tǒng)軟件安裝在開放式操作系統(tǒng)WinNT 4.0下，穩(wěn)定性差。西門子611A伺服驅(qū)動單元為模擬量控制，F(xiàn)IDIA C2與西門子611A模擬伺服兼容性差，伺服單元上的指令控制信號、位置反饋信號接線雜亂。數(shù)控系統(tǒng)電氣布局不合理，電纜走線凌亂，電磁干擾嚴重，機床在使用過程中，頻繁報警，已造成多起零件報廢的質(zhì)量事故。設(shè)備自2003年引進，機床機械部分如導(dǎo)軌、絲杠磨損嚴重，主軸徑向跳動達0.1mm，設(shè)備整體精度已無法保障。因此，為了合理利用工廠資源，實現(xiàn)我廠裝備數(shù)字化、智能化發(fā)展的目標(biāo)，并達到節(jié)能減排的目的，對該設(shè)備的技術(shù)改造勢在必行。

設(shè)備改造總體方案

設(shè)備的改造從機械與電氣兩方面入手。改造中保留所有機械傳動部件的裝配結(jié)構(gòu)，拆卸和清洗各液壓元件、冷卻系統(tǒng)和主軸箱，發(fā)現(xiàn)有破損及缺齒的齒輪應(yīng)更換新的。根據(jù)機床的出廠合格證書，檢驗機床導(dǎo)軌在垂直面、水平面的幾何精度，更換X向機床導(dǎo)軌，確保幾何精度達到要求。為了保證和提高設(shè)備的加工精度，必須將坐標(biāo)軸滾珠絲杠全部更換。本次改造采用德國布里斯絲杠，精度等級C3級，公稱直徑63mm，螺距10mm。配備與滾珠絲杠相對應(yīng)的軸承、軸承座，并在機床相應(yīng)位置安裝調(diào)試。而電氣改造的重點集中在機床電氣的電路設(shè)計與數(shù)控系統(tǒng)的調(diào)試上（包括驅(qū)動）。

機床的電路設(shè)計

保留機床原有的電氣功能，如液壓裝夾刀具、刀具冷卻、主軸油冷、排屑、照明燈及狀態(tài)指示燈等，控制線路與數(shù)控系統(tǒng)可靠銜接，分配輸入輸出點，選用一塊PP72/48 I/O模板，提供72個輸入點、48個輸出點，滿足機床使用要求。主電路結(jié)構(gòu)保持不變，更換所有二類電氣元件，主令電器與自動電器元件全部采用施耐德產(chǎn)品，其中電器柜配電采用JDF36200塑料外殼式斷路器，脫扣器額定電流200A，板后接線式，各電動機、控制變壓器和+24V穩(wěn)壓電源采用DZ108系列高分斷小型斷路器，電流值按照各負載的額定電流而定，如冷卻泵電動機的主電路，冷卻泵電動機的額定電流為2.3A，選取斷路器額定電流按照如下公式計算

選用GV2-ME08C型斷路器，3極，帶常開和常閉觸點各1對，脫扣器電流整定值2.5～4A；各電動機主電路的接觸器選用LC1-D09M7C系列交流接觸器，該系列接觸器采用銀基合金觸頭，滅弧性能優(yōu)良，適用于三相交流電動機遠距離控制，與數(shù)控系統(tǒng)部件安裝在電器柜中，不會對其產(chǎn)生電磁干擾，保證數(shù)控系統(tǒng)工作穩(wěn)定、可靠。額定電流值視各電動機主電路額定電流而定，應(yīng)大于或等于電動機的額定電流，同時在電路中加裝熔斷器進行短路保護，在冷卻泵電動機的主電路中采用RT18型熔斷器，額定電流按照如下公式計算

本次改造采用RT186/3型，冷卻泵電動機的主電路如圖1所示。

圖1

SINUMERIK 840D sl數(shù)控系統(tǒng)

1. SINUMERIK 840D sl數(shù)控系統(tǒng)簡介

數(shù)控系統(tǒng)SINUMERIK 840D s l功能強大，系統(tǒng)通過授權(quán)認證最多可以控制10 個方式組、10個通道和31個進給軸/主軸；能完成大多數(shù)航空類零部件的銑削、攻螺紋和鏜孔的加工。SINUMERIK 840D sl 將CNC、HMI、PLC、驅(qū)動閉環(huán)控制和通信模塊集成于一個 SINUMERIK

NC 單元（NCU）中，通過使用 SINUMERIK PCU 50.3，可進一步增強系統(tǒng)的操作性能。SINUMERIK840D sl屬多總線結(jié)構(gòu)，即通過PROFIBUS、DRIVE CLiQ、ETHERNET 總線與外設(shè)和伺服進行通信，系統(tǒng)內(nèi)置以太網(wǎng)功能，無需外掛通信處理器，可實現(xiàn)靈活組網(wǎng)及操作站的動態(tài)鏈接。NCU 內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

NCU聯(lián)機調(diào)試時，計算機通過以太網(wǎng)與系統(tǒng)連接，連接至NCU的端口X127口進行聯(lián)機調(diào)試，計算機設(shè)置自動獲得IP地址即可。而在SIMATIC管理器硬件配置中，CP 840D sl的IP地址設(shè)為 192.168.215.1，子網(wǎng)掩碼為 255.255.255.224，DHCP server設(shè)定為“有”。

數(shù)控系統(tǒng)SINUMERIK 840D s l的主要硬件配置為：①P C U 50.3-P，預(yù)裝Win8操作系統(tǒng)1塊。②控制單元NCU710.3PN，內(nèi)置P L C 317-3P N/D P1塊。③MCP 483C PN全數(shù)控鍵盤1塊。④PP72/48 I/O模板1塊。⑤高頻電源電抗濾波器1塊。⑥SINAMICS調(diào)節(jié)型電源模塊1塊。⑦主軸伺服控制單元1塊。⑧單軸閉環(huán)控制單元3塊。⑨1PH8電動機 1個 ，1FT7電動機 3個。⑩DRIVE CLiQ連接電纜若干。?MINI型手輪 1個。

2. 驅(qū)動單元及坐標(biāo)、主軸電動機的選擇

機床原電動機特性可作為本次改造各坐標(biāo)電動機的選用依據(jù)和技術(shù)條件。坐標(biāo)電動機的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩、最高轉(zhuǎn)速和主軸電動機的額定功率、最高轉(zhuǎn)速是電動機選型的主要依據(jù)。

改造采用的電動機型號及適配電動機模塊如表1所示。

3. 系統(tǒng)調(diào)試

SINUMERIK840D sl 的調(diào)試必須按照下列步驟進行：

（1）系統(tǒng)的連接。SINUMERIK840D sl通過以太網(wǎng)與外設(shè)進行通信，通過DRIVE CLiQ 總線與電源模塊及各坐標(biāo)進給模塊進行通信。

總線的正確連接非常重要，如圖3所示。

圖2

圖3

表1

收稿日期：（待續(xù)）（20150421）