許　建　劉明陽(yáng)　張明良

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150040)

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西門子840DsL數(shù)控系統(tǒng)在φ260普通大型鏜床技術(shù)改造中的應(yīng)用

許建劉明陽(yáng)張明良

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150040)

針對(duì)普通φ260鏜床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出了機(jī)械和液壓系統(tǒng)必須改造的內(nèi)容。介紹了西門子840DsL數(shù)控系統(tǒng)功能，用PLC軟件編程實(shí)現(xiàn)電氣輔助控制功能，完成S120伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整，通過機(jī)電一體化的整體安裝調(diào)試，使該機(jī)床的定位精度、控制功能、可靠性等各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了較高的設(shè)計(jì)要求，將普通舊機(jī)床升級(jí)改造成具有現(xiàn)代技術(shù)水平的數(shù)控機(jī)床。

840Dsl數(shù)控系統(tǒng)調(diào)試；S120伺服優(yōu)化調(diào)整；機(jī)械改造；液壓改造

φ260普通大型鏜床是哈爾濱電機(jī)廠上世紀(jì)60年代引進(jìn)的ASQUITH早期產(chǎn)品，原機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且采用英制機(jī)械零件，基礎(chǔ)大件導(dǎo)軌及相應(yīng)傳動(dòng)鏈零件磨損嚴(yán)重，機(jī)械精度退化，電氣控制系統(tǒng)老化，給日常維修帶來了極大困難。技術(shù)改造中選用西門子新型840Dsl數(shù)控系統(tǒng)、S120及1FT6交流伺服電動(dòng)機(jī)；液壓系統(tǒng)改造成為恒流靜壓系統(tǒng)；機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)重新設(shè)計(jì)，鏜箱再制造；僅保留床身、下滑座、立柱。改造后的數(shù)控機(jī)床具有剛性高、傳動(dòng)效率高、操作維護(hù)方便等特點(diǎn)，除具有銑、鏜、鉆孔、擴(kuò)孔等基本加工功能外，還可與直角銑頭、萬(wàn)能角銑頭等功能部件配套使用，提高了加工產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，可用于大型殼體、箱體、零件孔和平面及曲面的加工。

1　機(jī)械液壓系統(tǒng)改造

1.1主軸箱

主軸箱由溜板、主傳動(dòng)變速箱、滑枕、主軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)、滑枕進(jìn)給機(jī)構(gòu)等組成。主軸箱采用滑枕移動(dòng)式結(jié)構(gòu)，W軸滑枕移動(dòng)，主傳動(dòng)變速箱固定不動(dòng)。溜板裝在立柱導(dǎo)軌上，可沿導(dǎo)軌上下移動(dòng)為Y軸。主傳動(dòng)變速箱采用1PH7西門子交流主軸電動(dòng)機(jī)(功率113 kW)驅(qū)動(dòng)，機(jī)械4擋變速，實(shí)現(xiàn)主軸1.6～1 000 r/min的無級(jí)調(diào)速。主軸軸承選用德國(guó)FAG進(jìn)口軸承，采用冷油潤(rùn)滑和冷卻循環(huán)套將大量熱量迅速抽走，并在主軸軸承附近安裝油溫傳感器，配上溫控箱，隨時(shí)調(diào)整監(jiān)控油溫對(duì)主軸精度的影響。主軸裝刀采用德國(guó)進(jìn)口BERG拉刀附件，碟簧拉緊，液壓松開的自動(dòng)拉刀方式，配有刀具錐柄變徑轉(zhuǎn)換套(ISO60/ISO50)?；?yè)隙妊a(bǔ)償采用意大利ATOS電液比例閥方式，用數(shù)控方式進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償。

1.2機(jī)械進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的改造

對(duì)原立柱導(dǎo)軌進(jìn)行精加工達(dá)到精度要求。對(duì)原滑座導(dǎo)軌板進(jìn)行更換，采用銅合金導(dǎo)軌板，進(jìn)行精加工，并與床身配合刮研。每個(gè)進(jìn)給軸都采用獨(dú)立的伺服電動(dòng)機(jī)，其前端配套安裝精密減速齒輪箱。X軸采用高精度、硬齒面齒條齒輪傳動(dòng)，末端齒輪采用雙齒輪柔性消隙機(jī)構(gòu)，Y軸、Z軸、W軸的采用滾珠絲杠代替原來的梯形絲杠。

1.3液壓系統(tǒng)的改造

液壓系統(tǒng)采用循環(huán)供油方式，系統(tǒng)由供靜壓油主泵站、滑座油泵站、管路和液壓元件等組成。二個(gè)泵站均配有油溫自動(dòng)控制箱，保證機(jī)床在5～40℃范圍內(nèi)能正常工作。將原恒壓靜壓系統(tǒng)改造成恒流靜壓系統(tǒng)。床身、立柱、滑枕均采用一腔一泵的恒流閉式靜壓導(dǎo)軌，可以使油膜厚度達(dá)到0.04～0.05 mm，增大了浮起量和浮起穩(wěn)定性，保證各導(dǎo)軌面在工作時(shí)處于非接觸狀態(tài)，對(duì)負(fù)載的變化有較強(qiáng)的承受能力。

2　數(shù)控電氣系統(tǒng)改造

采用西門子840Dsl數(shù)控系統(tǒng)與S120伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和位置測(cè)量信號(hào)(光柵尺)一起，構(gòu)成全數(shù)字閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。主軸(S)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)采用西門子1PH7系列交流主軸電機(jī)；配置西門子S120全數(shù)字交流伺服調(diào)速裝置；機(jī)械4檔切換，實(shí)現(xiàn)1.6～1 000r/min分的無級(jí)調(diào)速范圍(主軸機(jī)械4檔)；安裝主軸位置編碼器(～1Vpp2048 p/r)實(shí)現(xiàn)主軸定向停定位、定向功能，實(shí)現(xiàn)攻絲、螺紋切削功能。X軸(立柱滑座沿床身導(dǎo)軌水平移動(dòng))、Y軸(主軸箱沿立柱導(dǎo)軌移動(dòng))、Z軸(鏜桿伸縮移動(dòng))、W軸(方滑枕伸縮移動(dòng))各進(jìn)給軸均采用西門子1FT6系列交流伺服電動(dòng)機(jī)(Y軸電機(jī)帶電磁制動(dòng)器)，X軸、Y軸、W軸采用HEIDENHAIN LB382C帶距離碼型光柵尺作位置檢測(cè)器件，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)位置控制；Z軸伺服電動(dòng)機(jī)自帶絕對(duì)值編碼器(無需返回參考點(diǎn))，半閉環(huán)位置控制。配置西門子S120全數(shù)字交流伺服調(diào)速裝置，包括進(jìn)線電抗器、濾波器、電源模塊、控制模塊、功率模塊及配套信號(hào)、動(dòng)力電纜，實(shí)現(xiàn)進(jìn)給軸控制要求。

2.1840DsL數(shù)控系統(tǒng)調(diào)試

數(shù)控系統(tǒng)調(diào)試過程可分成以下幾個(gè)方面：

(1)系統(tǒng)硬件連接：S120伺服驅(qū)動(dòng)裝置與電動(dòng)機(jī)的連接、測(cè)量裝置與系統(tǒng)的連接、DriveCLiQ網(wǎng)絡(luò)的連接、NCU單元與PCU或TCU及顯示單元的連接等。

(2)NC/PLC系統(tǒng)首次上電總清 。

(3)調(diào)試接口的連接與設(shè)置。

(4)PLC調(diào)試：PLC硬件組態(tài)與基本程序的調(diào)試，功能調(diào)試等。

(5)SINAMICS S120驅(qū)動(dòng)器調(diào)試：驅(qū)動(dòng)器固件升級(jí)、驅(qū)動(dòng)器及電動(dòng)機(jī)參數(shù)自動(dòng)配置。

(6)NC參數(shù)設(shè)定。也可以將840D原型數(shù)據(jù)移植到840Dsl上。

(7)用戶報(bào)警文本：文件創(chuàng)建、編寫與修改。

(8)數(shù)據(jù)備份：系列備份包括NC參數(shù)與NC程序的備份、PLC程序的備份、MMC系統(tǒng)數(shù)據(jù)備份，必要時(shí)應(yīng)對(duì)PCU50的硬盤做備份。

(9)SINUMERIK 840Dsl常用的調(diào)試工具軟件。

2.1.1機(jī)床控制系統(tǒng)硬件構(gòu)成

機(jī)床配置的840DSL數(shù)控系統(tǒng)采用NCU720.2模塊, NCU及OP010C操作顯示單元，MCP 483 PN機(jī)床控制面板可以擴(kuò)展連接手持單元和手輪，NX15軸位置反饋檢測(cè)模塊，驅(qū)動(dòng)采用具有DRIVE-CliQ接口的SINAMICS S120驅(qū)動(dòng)，采用SIEMENS 1FT6型交流伺服電動(dòng)機(jī)，以上各單元都由以太網(wǎng)連接。PLC選用ET200擴(kuò)展輸入輸出單元，通過ProfiBus現(xiàn)場(chǎng)總線與系統(tǒng)連接。

2.1.2NC/PLC系統(tǒng)首次上電總清

首次接通和啟動(dòng)NCU單元必須進(jìn)行NCK和PLC總清，

操作步驟：

旋轉(zhuǎn)開關(guān)SIM/NCK=1及開關(guān)PLC=3 ，NCU重新上電。

等待數(shù)碼管“6”；RDY燈綠色；STOP燈橘黃、慢閃；SF燈紅色長(zhǎng)亮。

NC總清后旋轉(zhuǎn)開關(guān)SIM/NCK=0。

PLC總清步驟：

(1)旋轉(zhuǎn)開關(guān)PLC位置2→3→2(3s內(nèi)完成)。

(2)SF燈滅，STOP燈橘黃、快閃。

(3)等STOP燈長(zhǎng)亮?xí)r，PLC=0。只有RDY、RUN亮綠色。

NC參數(shù)總清結(jié)果：NC參數(shù)恢復(fù)出廠設(shè)置(默認(rèn)值)；系統(tǒng)口令-7級(jí)(未設(shè)置任何口令)；顯示軸數(shù)量(6軸卡顯示3個(gè)軸，31軸卡顯示4個(gè)軸，無主軸顯示)。

注意：NC、PLC總清無法清除驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)。

2.1.3調(diào)試接口的連接與設(shè)置

計(jì)算機(jī)連接到NCU的X127或X120以太網(wǎng)口進(jìn)行調(diào)試工作，CP 840Dsl的IP地址設(shè)置：X127為192.168.215.1；X120為192.168.214.1。若連接到NCU的X127以太網(wǎng)口, 計(jì)算機(jī)可設(shè)置自動(dòng)獲得IP地址。

2.1.4PLC調(diào)試

調(diào)試840Dsl必須要做硬件配置。在計(jì)算機(jī)STEP7中安裝840Dsl的Toolbox和PROFIBUS部件的GSD文件，創(chuàng)建PLC項(xiàng)目，配置NCU的X126口為DP1；X136口為DP2/MPI； PROFIBUS是NC系統(tǒng)與SINAMICS S120驅(qū)動(dòng)通訊的現(xiàn)場(chǎng)總線；設(shè)置CP的IP地址，在硬件配置中雙擊CP840Dsl，內(nèi)部PROFIBUS CP子網(wǎng)ID號(hào)與840DslX127(IP address:192.168.215.1, Subnet mask:255.255.255.244)相對(duì)一致，PLC程序用X127口才可以在線監(jiān)控。在 PROFIBUS上配置NX板硬件，如果NX板連接到NCU720.2的X105口上，做STEP7硬件配置時(shí)，該NX板的站地址必須設(shè)為15。

將安裝有STEP 7的筆記本與840Dsl 系統(tǒng)通過網(wǎng)線連接后，打開STEP7，建立新項(xiàng)目。打開 SIMATIC 300(1) 中的Hardware ，查看系統(tǒng)ET200組態(tài)與圖紙上的地址是否一致，不一致的話進(jìn)行修改，組態(tài)修改完成后，可以將程序下載到PLC進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試中先使安全功能生效，操作功能生效；功能調(diào)試包括MCP控制、HT2控制、急停、限位、倍率、機(jī)床啟動(dòng)、停止、軸/主軸使能控制等。

2.1.5SINAMICS S120驅(qū)動(dòng)器調(diào)試

SINAMICS S120驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用了西門子最先進(jìn)的硬件技術(shù)、軟件技術(shù)以及通訊技術(shù)；采用高速DRIVE-CLiQ驅(qū)動(dòng)接口；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)各部件具有電子銘牌；系統(tǒng)可以自動(dòng)識(shí)別所配置的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；系統(tǒng)初次調(diào)試必須作驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的出廠設(shè)置，自動(dòng)拓?fù)渥R(shí)別,系統(tǒng)開始自動(dòng)檢測(cè)驅(qū)動(dòng)部件的固件(前提條件必須先做PLC硬件配置)，保證驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的固件與驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)(840Dsl系統(tǒng)內(nèi)置)完全一致，繼續(xù)完成供電模塊和驅(qū)動(dòng)模塊配置, 配置電機(jī)及編碼器參數(shù)等。

2.1.6NC參數(shù)設(shè)定

設(shè)置控制參數(shù)、機(jī)械傳動(dòng)參數(shù)、速度參數(shù)，包括設(shè)置通用參數(shù)、通道參數(shù)、軸/主軸參數(shù)和監(jiān)控參數(shù)等。

2.1.7報(bào)警文本

在計(jì)算機(jī)上編寫報(bào)警文本，從/Siemens/sinumerik/hmi/tempplat/lng目錄下拷貝名為“oem_alarm_deu.ts”的文件到計(jì)算機(jī)上(借助WinSCP或者用U盤)，改名為“oem_alarm_chs.ts”。打開文件添加中文報(bào)警文本，將編輯好的文件拷貝到系統(tǒng)/user/sinumerik/hmi/lng目錄下, 讓HMI重新上電。

2.1.8數(shù)據(jù)備份

SINUMERIK840Dsl數(shù)據(jù)備份與回裝。依次進(jìn)入調(diào)試區(qū)域，按擴(kuò)展鍵，按批量調(diào)試軟鍵，可以選擇：建立批量調(diào)試；PLC硬件升級(jí)文檔；讀取批量調(diào)試；建立原始文檔；讀取原始文檔。在Windows界面支持USB盤后，也可以利用Ghost軟件備份克隆硬盤到USB盤。在系統(tǒng)啟動(dòng)過程中，出現(xiàn)SINUMERIK時(shí)，按“向下鍵↓”，輸入口令(password): SUNRISE, OK， Backup/Restore: a disk imag，Next, 選Backup，從硬盤映像到目標(biāo)U盤。當(dāng)硬盤損壞時(shí)，用USB做的緊急啟動(dòng)盤去啟動(dòng)系統(tǒng)，用克隆硬盤的USB盤的映像文件恢復(fù)硬盤，選Restore，從U盤映像到目標(biāo)硬盤。還可以用GHOST軟件克隆拆下的硬盤。

2.1.9840Dsl常用的調(diào)試工具軟件

840Dsl NCU調(diào)試軟件：IBN Tools (sw7.6 SP1)軟件或HMI adv.sw7.6 sp1。它用于調(diào)試人員可以利用普通PC機(jī)作為人機(jī)界面的硬件，設(shè)定與調(diào)試機(jī)床參數(shù)，系列備份系統(tǒng)參數(shù)程序等。

驅(qū)動(dòng)調(diào)試軟件：Starter V4.1.3+SSP_SINUMERIK_INT_V2_6_SP2或 Starter V4.1.5 or Starter V4.3。

PLC編程軟件：STEP7 V5.4 SP4 或更高，用于PLC系統(tǒng)硬件組態(tài)、軟件編程與調(diào)試。

840Dsl工具盤：PLC 編程toolbox Ver2.6或更高版本，包含840Dsl有關(guān)最新硬件的GSD文件、標(biāo)準(zhǔn)功能塊庫(kù)文件、NC Variable Selector 32 Bit軟件、PLC Symbols Generator V1.6.0.0以及一些示例文件。

NCU系統(tǒng)通訊軟件：WinSCP用于存取系統(tǒng)CF文件或執(zhí)行系統(tǒng)指令，如用于NCU啟動(dòng)文件的修改、內(nèi)部Operate的關(guān)閉、用戶報(bào)警文本文件創(chuàng)建與修改等。

3　SINAMICS S120驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的配置及優(yōu)化調(diào)整

西門子S120是基于閉環(huán)反饋控制工作原理的全數(shù)字化交流伺服進(jìn)給系統(tǒng)，反饋控制主要解決好偏差和擾動(dòng)問題。伺服位置系統(tǒng)中的電流、速度和位置環(huán)的反饋控制全部數(shù)字化，三環(huán)反饋PID控制的軟件伺服算法結(jié)構(gòu)和參數(shù)均可以改變，具有更好的動(dòng)態(tài)、靜態(tài)性能。為達(dá)到更好的控制效果，要合理匹配調(diào)整3個(gè)閉環(huán)反饋環(huán)節(jié)的參數(shù)、優(yōu)化控制。

3.1S120驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的配置

先設(shè)置NC口令“SUNRISE”進(jìn)入制造商操作權(quán)限，進(jìn)行一次NCK復(fù)位后，系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)120402報(bào)警，待驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)啟動(dòng)完畢，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)入自動(dòng)配置驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的界面，詢問是否要進(jìn)行系統(tǒng)自動(dòng)配置驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，單擊“確定”按鈕，在驅(qū)動(dòng)固件升級(jí)完畢后，必須進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的出廠設(shè)置和拓?fù)渥R(shí)別，否則驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可能出錯(cuò)，閉環(huán)控制要進(jìn)行第二編碼器配置。

第二編碼器配置：驅(qū)動(dòng)配置(基本)軸參數(shù)驅(qū)動(dòng)邏輯號(hào)的分配，使用驅(qū)動(dòng)配置畫面的assign功能。

注意：當(dāng)驅(qū)動(dòng)配置有變化時(shí)(例：增加全閉環(huán))，需重新分配或手動(dòng)修改軸參數(shù)。

驅(qū)動(dòng)配置(基本)PLC激活軸接口信號(hào)：

SET

= DB31.DBX2.1--controller enable

= DB31.DBX21.7--pulse enable

= DB31.DBX1.5--position measuring system 1

驅(qū)動(dòng)配置(基本)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比較等級(jí)，更改拓?fù)浔容^等級(jí)。

當(dāng)移除驅(qū)動(dòng)部件，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)觸發(fā)相應(yīng)的報(bào)警，設(shè)置通用參數(shù)MD13150 參數(shù)顯示驅(qū)動(dòng)報(bào)警。

MD13150 MYMMN_SINAMICS_ALARM_MASK=909H(系統(tǒng)默認(rèn)設(shè)置，屏蔽部分驅(qū)動(dòng)報(bào)警)

MD13150 MYMMN_SINAMICS_ALARM_MASK=D0DH(顯示所有驅(qū)動(dòng)報(bào)警)

驅(qū)動(dòng)配置(基本)組件屏蔽參數(shù)應(yīng)用：

(1)屏蔽第二編碼器

P145[1]=0

(2)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中增加額外的編碼器

驅(qū)動(dòng)配置(擴(kuò)展)NX硬件配置： NX10最大控制3個(gè)伺服軸，NX15最大控制6個(gè)伺服軸。NX10、NX15只含有4個(gè)Driver CLiQ接口，其他只能與CU連接。

驅(qū)動(dòng)器及電動(dòng)機(jī)參數(shù)自動(dòng)配置，系統(tǒng)初次調(diào)試必須作驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)出廠設(shè)置。選擇調(diào)試，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，選擇出廠設(shè)置包括3個(gè)選項(xiàng)：當(dāng)前驅(qū)動(dòng)對(duì)象、驅(qū)動(dòng)設(shè)備、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)保存數(shù)據(jù)，NCK reset。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的拓?fù)渥R(shí)別，供電模塊配置，做不帶DRIVE-CLiQ西門子標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)配置，做第二編碼器配置，驅(qū)動(dòng)邏輯號(hào)分配，NCU X122/X132 端子信號(hào)分配，PLC程序控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)上電時(shí)序。保存數(shù)據(jù)后，NCK復(fù)位、重新上電。

驅(qū)動(dòng)優(yōu)化：當(dāng)使用上述缺省設(shè)定不能滿足要求時(shí)，需要進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，順序是先利用測(cè)試(measurement)和跟蹤(servo trace)優(yōu)化單個(gè)軸，再利用圓度測(cè)試(circularity test)協(xié)調(diào)軸之間的關(guān)系，最后才是通道以及系統(tǒng)的調(diào)整。

優(yōu)化單個(gè)軸的順序：電流環(huán)(西門子1FK/1FT電動(dòng)機(jī)沒必要做)；速度環(huán)；位置環(huán)以及跟蹤。

優(yōu)化的方法：用SINUMERIK HMI-Advanced軟件優(yōu)化的方法主要用于手動(dòng)優(yōu)化，需要進(jìn)行各種不同的測(cè)試，從而全面地了解優(yōu)化對(duì)象的特征，進(jìn)行有針對(duì)性的手動(dòng)調(diào)整。測(cè)試時(shí)的順序?yàn)椋哼x定測(cè)試類型(如：參考頻率響應(yīng))；設(shè)定合適的測(cè)試參數(shù)(如：幅值、頻寬等)；啟動(dòng)測(cè)試；在顯示中觀察結(jié)果。測(cè)試的種類有參考頻率響應(yīng)、階躍響應(yīng)以及擾動(dòng)響應(yīng)等，分別用于電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)，另外還有圓度測(cè)試、伺服跟蹤等。

3.2速度控制環(huán)優(yōu)化

速度調(diào)節(jié)器的優(yōu)化過程可以利用傅里葉分析，參見圖1：波特圖的形式將幅頻特性和相頻特性顯示出來，其目的是通過優(yōu)化得到的數(shù)據(jù)，使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的頻率特性的幅值在0 dB處保持盡可能寬的范圍。提高速度比例增益P1460，頻寬也增加，響應(yīng)特性得到增加；當(dāng)比例增益增加到一定數(shù)值后，幅頻特性的幅值在0 dB會(huì)極度變化，超過1～3 dB時(shí)，應(yīng)適當(dāng)降低比例增益。在確定比例增益后，可以優(yōu)化速度積分時(shí)間常數(shù)P1462，逐漸減少積分時(shí)間，直到頻率特性的幅值超過0 dB，允許不超過3 dB的幅值增加，一般P1462應(yīng)保持小于20 ms。

由上述速度環(huán)響應(yīng)波特圖可以得出：

(1)在中頻段以-20 dB/dec的斜率，十倍頻左右寬度穿越0 dB線，穿越頻率值適度，保證足夠的相位裕量。

(2)在低頻段有足夠的高度，保證穩(wěn)態(tài)精度。沒有轉(zhuǎn)折頻率很低的慣性環(huán)節(jié)，否則對(duì)應(yīng)的積分時(shí)間常數(shù)過大，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)響應(yīng)太慢。

(3) 在高頻段有足夠的衰減特性，抗干擾性強(qiáng)。因?yàn)楦蓴_等噪聲信號(hào)都屬于高頻信號(hào)，所以高頻段應(yīng)該截止這些信號(hào)。

3.3電流控制環(huán)優(yōu)化

電流調(diào)節(jié)器的優(yōu)化過程與速度調(diào)節(jié)器的優(yōu)化過程基本相同，調(diào)整電流比例增益P1715，電流積分時(shí)間常數(shù)P1717，使頻率特性的幅值、頻寬、響應(yīng)特性盡可能增加；電流環(huán)優(yōu)化的另一個(gè)重要內(nèi)容，是尋找各個(gè)電流慮波器的特征頻率設(shè)定值(應(yīng)保持小于2 000 Hz)。

3.4位置控制環(huán)優(yōu)化

由于數(shù)控機(jī)床各個(gè)坐標(biāo)軸具有不同的機(jī)械特性和不同的跟隨特性，各個(gè)坐標(biāo)軸就會(huì)有不同的跟隨誤差，其結(jié)果導(dǎo)致聯(lián)動(dòng)坐標(biāo)軸合成的軌跡發(fā)生畸變。可以從以下幾個(gè)方面減小跟隨誤差：盡可能減小各坐標(biāo)軸之間機(jī)械特性的差異，有相同的動(dòng)態(tài)響應(yīng)；為不同的坐標(biāo)軸盡量設(shè)置相同的控制數(shù)據(jù)，特別是位置伺服增益；通過摩擦補(bǔ)償或前饋補(bǔ)償功能進(jìn)行補(bǔ)償。

位置增益 MD32200:增加位置增益可以減小跟隨誤差，但位置增益不能調(diào)得太大，否則會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的過度超調(diào)，甚至出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象。

加速度增益MD32300:增大加速度增益盡可能快地保證位置的定位精度，但加速度不能調(diào)得太大，否則會(huì)導(dǎo)致動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩過大，不滿足機(jī)電動(dòng)態(tài)方程而產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)。

3.5圓弧的測(cè)試調(diào)整

圓度測(cè)試(編程半徑)。

圓度測(cè)試功能用于控制優(yōu)化和誤差分析。

在MDA方式下，起動(dòng)一個(gè)循環(huán)運(yùn)行的圓弧程序。

FFWOF

ANF:G91 G64 G2 X0 Y0 I20 J0 F2000

GOTOB ANF

選擇SK“Start-up“,SK“Drives/Servo“和‘SK“。改變參數(shù)(參見圖2)，利用SK“Start“開始圓度測(cè)試，測(cè)試完畢后，用SK“Display“查看測(cè)試結(jié)果(參見圖3)。

編程的半徑顯示用于調(diào)整位置控制器和預(yù)控制的優(yōu)化，可以得出位置控制器優(yōu)化相關(guān)的結(jié)論。圓弧可能較小且不圓(不同的Kv因子)，改變一個(gè)軸的Kv因子(軸增益MD32200=1)，在機(jī)床控制面板上按RESET鍵并用軟鍵“Activate MD”激活軸-MD，觀察結(jié)果，然后將兩個(gè)軸的Kv因子都設(shè)為相同的值。

總之,在調(diào)整機(jī)床參數(shù)時(shí),針對(duì)出現(xiàn)的問題,要多觀察,綜合分析,為提高精度在無振蕩的前提下,盡量提高位置環(huán)增益MD32200,速度環(huán)增益MD1460等參數(shù),增加伺服系統(tǒng)的剛性。

4　電氣控制部分改造

4.1電源部分

本機(jī)床電源按標(biāo)準(zhǔn)采用三線制，并由用戶安裝進(jìn)入控制電柜的保護(hù)電路接地線PE，其接地電阻≤2Ω。整個(gè)機(jī)床電源由總空氣開關(guān)控制。機(jī)床總?cè)萘繛?00 KVA，總空氣開關(guān)的額定電流為350 A。機(jī)床直流控制電源24 VDC：經(jīng)過穩(wěn)壓的DC24 V用于數(shù)控系統(tǒng)，另一路經(jīng)過穩(wěn)壓的DC24 V用于PLC輸入輸出、急?？刂苹芈芬约爸绷麟姶砰y電源。

4.2急停保護(hù)

懸掛箱,手持操作盒以及電柜均設(shè)有急停按鈕。當(dāng)機(jī)床出現(xiàn)緊急情況需要停止時(shí)，按下任一急停按鈕，控制系統(tǒng)均對(duì)機(jī)床進(jìn)行緊急處理，將自動(dòng)切斷所有輸出。急停按鈕按下時(shí)若主軸和進(jìn)給軸都處在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中，則立即讓進(jìn)給軸制動(dòng)停止，稍有延時(shí)后主軸制動(dòng)停止。急停按鈕按下時(shí)若只有主軸或進(jìn)給軸處在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中，系統(tǒng)直接控制其制動(dòng)停止。急停信號(hào)一出現(xiàn)，系統(tǒng)將停止各潤(rùn)滑、冷卻和液壓油泵。

4.3機(jī)床各運(yùn)動(dòng)部分的互鎖保護(hù)功能

(1)程序運(yùn)行過程中，停主軸時(shí)先停止進(jìn)給移動(dòng)。

(2)傳動(dòng)箱潤(rùn)滑油壓力低，主軸禁止運(yùn)轉(zhuǎn)。

(3)主軸在未拉刀時(shí)禁止運(yùn)轉(zhuǎn)。

(4)系統(tǒng)油壓低，主軸禁止運(yùn)轉(zhuǎn)。

(5)角銑頭松刀油缸頂桿頂出時(shí)，主軸禁止運(yùn)轉(zhuǎn)。

(6)進(jìn)給軸在鎖緊狀態(tài)下禁止移動(dòng)。

(7)油泵未啟動(dòng)，主軸不允許換檔。

(8)油泵未啟動(dòng)，主軸只能在點(diǎn)動(dòng)方式下運(yùn)動(dòng)。

(9)油泵未啟動(dòng)，通道1進(jìn)給軸只能點(diǎn)動(dòng)方式下運(yùn)動(dòng)。

(10)在自動(dòng)方式有軸運(yùn)動(dòng)的情況下，主軸不允許停止。

4.4防止危險(xiǎn)運(yùn)動(dòng)的保護(hù)

(1)主軸控制裝置具有過流、過載、超速、缺相等保護(hù)。

(2)各進(jìn)給軸伺服裝置具有過流、編碼器故障、電動(dòng)機(jī)過熱等保護(hù)。

(3)各進(jìn)給軸均有正負(fù)超程限位及極限限位保護(hù)開關(guān)，并已通過參數(shù)設(shè)定軟件限位開關(guān)。

4.5主軸部分

本機(jī)床主軸主電動(dòng)機(jī)額定輸出功率為113 kW，額定工作電壓為AC380V，額定電流為240 A，電動(dòng)機(jī)帶冷卻風(fēng)泵。主軸機(jī)械四檔：可以手動(dòng)和自動(dòng)換檔兩種方式。

手動(dòng)換檔：(手動(dòng)換檔條件：油泵啟動(dòng)狀態(tài)、機(jī)床啟動(dòng)、點(diǎn)動(dòng)方式)按“換1檔”按鈕，“1檔指示”燈開始閃爍，主軸開始擺動(dòng)，若換檔到位，則“1檔指示”燈常亮；按“換2檔”按鈕，“2檔指示”燈開始閃爍，主軸開始擺動(dòng)，若換檔到位，則“2檔指示”燈常亮。換檔結(jié)束。

半自動(dòng)換檔：通過數(shù)控系統(tǒng)程序中M、S代碼控制主軸動(dòng)作，其中M03為主軸正轉(zhuǎn)，M04為主軸反轉(zhuǎn)，M05為主軸停止，M41～M44為主軸變Ⅰ檔～I(xiàn)V檔，M40為主軸自動(dòng)變檔，S代碼指定主軸轉(zhuǎn)速。

自動(dòng)換檔：(自動(dòng)換檔條件：油泵啟動(dòng)狀態(tài)、機(jī)床啟動(dòng)、MDA或AUTO方式)輸入M40 S？？，則系統(tǒng)會(huì)根據(jù)？？對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速值選擇當(dāng)前應(yīng)有的檔位，系統(tǒng)自動(dòng)換檔。主軸變檔按鈕內(nèi)裝有指示燈，燈閃爍時(shí)表示主軸在變檔過程中，燈亮而不閃表示主軸當(dāng)前處在該檔位中(變檔到位)。

每個(gè)進(jìn)給速度各進(jìn)給軸均設(shè)有參考點(diǎn)、正負(fù)超程、正負(fù)極限限位開關(guān)。軸移動(dòng)過程中，若碰壓超程開關(guān)可反向移動(dòng)，在當(dāng)前軸通道中，按壓一下復(fù)位鍵，可以反向移動(dòng)。待移出行程限位開關(guān)后，按壓一下復(fù)位鍵報(bào)警可以消除。

5　結(jié)語(yǔ)

φ260數(shù)控鏜銑床具有1個(gè)主軸和4個(gè)進(jìn)給軸,可以三軸聯(lián)動(dòng)。西門子840Dsl功能齊全，接口信號(hào)復(fù)雜，應(yīng)用難度大，編制的PLC控制程序采用模塊化結(jié)構(gòu)，邏輯保護(hù)及報(bào)警功能完善，機(jī)床精度和功能均達(dá)到現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的標(biāo)準(zhǔn)和要求，極大地提高了加工精度和效率。經(jīng)過數(shù)控化改造, 使原來一臺(tái)普通鏜床成為一臺(tái)全新的數(shù)控落地銑鏜床，給企業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

[1]許建 .西門子數(shù)控系統(tǒng)在機(jī)床五軸聯(lián)動(dòng)技術(shù)改造中的應(yīng)用[J].制造技術(shù)與機(jī)床,2012(9):117-120.

(編輯孫德茂)

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·名詞解釋·

金屬塑性成形金屬塑性成形是指將具有塑性的金屬，在熱態(tài)或冷態(tài)下借助鍛錘的沖擊力或壓力機(jī)的壓力，使其產(chǎn)生塑性變形，以獲得所需形狀、尺寸及力學(xué)性能的毛坯或零件的加工方法。各種鋼和大多數(shù)有色金屬及其合金都具有不同程度的塑性，均可在冷態(tài)或熱態(tài)下進(jìn)行塑性加工成形。按其成形方式不同，可分為軋制、拉絲、擠壓、自由鍛造、模型鍛造、板料沖壓及新的塑性加工技術(shù)。

錘上模鍛模鍛是將加熱后的坯料放入具有一定形狀和尺寸的鍛模模腔內(nèi)，施加沖擊力或壓力，使其在有限制的空間內(nèi)產(chǎn)生塑性變形，從而獲得與鍛模形狀相同的鍛件的加工方法。模鍛按使用設(shè)備不同，可分為錘上模鍛和壓力機(jī)模鍛兩種。在模鍛錘上進(jìn)行模鍛生產(chǎn)鍛件的方法稱為錘上模鍛。錘上模鍛因其工藝適應(yīng)性較強(qiáng)，且模鍛錘的價(jià)格低于其他模鍛設(shè)備，是目前應(yīng)用最廣泛的模鍛工藝。

超塑性擠壓成形擠壓是高效壓力加工生產(chǎn)方法，但對(duì)鋅鋁合金、鋁基合金、鈦合金及高溫合金等高強(qiáng)度金屬，即使在高溫下，要獲得復(fù)雜的成形件也是困難的，而利用超塑性等溫?cái)D壓，可以加工出形狀復(fù)雜的精密零件。這種成形方法變形抗力小，所需設(shè)備噸位小，制品輪廓清晰、精度高。而且比壓鑄件有更高的強(qiáng)度和優(yōu)良的組織，比切削加工件省材料；比焊接件省工時(shí)、省工序，工藝過程簡(jiǎn)單。適用于飛機(jī)上的搖臂、接頭、支座和難加工的筒形件等鋁合金及鈦合金制品。

球化退火球化退火是只應(yīng)用于鋼的一種退火方法。退火目的在于使珠光體內(nèi)的片狀滲碳體以及先共析滲碳體都變?yōu)榍蛄?，均勻分布于鐵素體基體中(這種組織稱為球化珠光體)。具有這種組織的中碳鋼和高碳鋼硬度低、被切削性好、冷形變能力大。對(duì)工具鋼來說，這種組織是淬火前最好的原始組織。

Application of Siemens 840DsL CNC system in technical reformation ofφ260 common large boring machine

XU Jian, LIU Mingyang, ZHANG Mingliang

(Harbin Electric Machinery Co., Ltd., Harbin 150040, CHN)

For the structural characteristics of commonφ260 boring machine, proposed the content that mechanical and hydraulic systems must transform. This paper introduces the function of SIEMENS 840DsL numerical control system, realizes the function of electric assistant control with PLC software programming. Complete S120 servo drive system optimization and adjustment, through installation and commissioning of mechanical and electrical integration of the whole, so that the machine tool’s positioning accuracy, control functions and reliability reached a higher design requirements, being upgraded and transformed into a CNC machine tools with modern technical level from a general old machine.

840Dsl numerical control system debugging; S120 servo optimization adjustment;mechanical transformation;hydraulic reform

TH17

B

10.19287/j.cnki.1005-2402.2016.07.030

許建，男，1965年生，工程碩士，高級(jí)工程師，從事數(shù)控設(shè)備維修改造等技術(shù)工作。

2015-12-15)

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