席 勇

（中航飛機(jī)股份有限公司，陜西西安 710089）

西門子數(shù)控系統(tǒng)用于CQ61100車床數(shù)控改造

席 勇

（中航飛機(jī)股份有限公司，陜西西安 710089）

西門子SINUMERIK 802C base line數(shù)控系統(tǒng)在CQ61100普通車床數(shù)控化改造中的應(yīng)用。采用SINUMERIK 802C base line經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)和SIMODRIVE 611UE配合使用，為CQ61100的數(shù)控化改造提供數(shù)控解決方案。

臥式車床；SIMODRIVE 611UE；數(shù)控改造

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.09.55

0 引言

CQ61100臥式車床由天津第二機(jī)床廠于1985年設(shè)計(jì)制造，機(jī)床卡盤回轉(zhuǎn)直徑1000 mm，最大加工工件長度3000 mm，屬于大型臥式車床。廠家計(jì)劃使用該設(shè)備加工火車牽引銷，由于該零件外形復(fù)雜，加工精度要求高（牽引銷外形呈錐型，最大外徑960 mm，最小外徑125 mm，表面粗糙度Ra=1.6 μm），原機(jī)床很難完成該零件的加工，因此用戶決定對該設(shè)備進(jìn)行數(shù)控化改造。

1 機(jī)床改造方案

1.1 機(jī)械改造方案

（1）拆除機(jī)床X坐標(biāo)光杠、絲杠等傳動(dòng)部件，換裝高精度滾珠絲杠，提升機(jī)床的加工精度。

（2）拆除機(jī)床原有刀架及刀架進(jìn)給系統(tǒng)的中、小溜板。更換Z坐標(biāo)的傳動(dòng)絲杠，換裝高精度滾珠絲杠。

（3）將原刀架更換為電動(dòng)刀架，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)換刀功能。（4）重新設(shè)計(jì)機(jī)床的潤滑系統(tǒng)。更換主軸剎車器。

（5）對主軸齒輪箱、X坐標(biāo)滑枕、Z坐標(biāo)大溜板等部件進(jìn)行精度調(diào)整、修復(fù)。

1.2 電氣改造方案

（1）選用西門子SINUMERIK 802C base line數(shù)控系統(tǒng)作為機(jī)床的控制系統(tǒng)。

（2）選用西門子SIMODRIVE 611UE伺服系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)床的伺服控制。選用西門子1FK7系列伺服電機(jī)作為X、Z坐標(biāo)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

（3）進(jìn)行電氣控制系統(tǒng)、PLC程序、牽引銷NC加工程序的設(shè)計(jì)。

（4）設(shè)計(jì)電氣控制柜、自動(dòng)走線裝置等電氣輔助設(shè)施。

2 SINUMERIK 802C base line數(shù)控系統(tǒng)

2.1 數(shù)控系統(tǒng)

SINUMERIK 802C base line數(shù)控系統(tǒng)是西門子公司在SINUMERIK 802C基礎(chǔ)上開發(fā)的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)，主要應(yīng)用于車床和銑床的數(shù)控解決方案。該系統(tǒng)可以控制2～3個(gè)伺服軸和1個(gè)伺服主軸，可以連接SIMODRIVE 611UE或SIMODRIVE base line伺服系統(tǒng)。該系統(tǒng)根據(jù)車床和銑床的加工特點(diǎn)，提供豐富的固定加工循環(huán)，提高加工效率。

SINUMERIK 802C base line數(shù)控系統(tǒng)將CNC、PLC、通訊等功能集成于一體，同時(shí)提供豐富的接口完成伺服及PLC控制功能。其操作面板除具備基本控制功能外，還為用戶提供12個(gè)用戶自定義鍵，以滿足用戶使用需求。

2.2 PLC系統(tǒng)

SINUMERIK 802C base line的PLC功能集成于CNC中，作為系統(tǒng)的一個(gè)獨(dú)立軟件，為用戶提供48個(gè)輸入點(diǎn)，16個(gè)輸出點(diǎn)，滿足車床和銑床的PLC控制需求。

為了使用戶有更好的使用體驗(yàn)，系統(tǒng)預(yù)裝了PLC（Sample.ptp）控制程序，用戶在使用過程中只需通過機(jī)床參數(shù)（MD14510、MD14512）的簡單設(shè)定即可完成對機(jī)床的控制。此外，用戶也可以根據(jù)需求自行設(shè)計(jì)PLC程序，以完成對機(jī)床的PLC控制。

2.3 伺服系統(tǒng)

SINUMERIK 802C base line數(shù)控系統(tǒng)與SIMODRIVE 611UE伺服系統(tǒng)的連接為數(shù)控車床或銑床提供完善的閉環(huán)控制解決方案。

SIMODRIVE 611UE是一種通用型伺服驅(qū)動(dòng)器，用戶可以根據(jù)不同的應(yīng)用場合進(jìn)行靈活設(shè)置。西門子提供的SimoComU伺服調(diào)試軟件，用戶可以方便對伺服系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)定及調(diào)試，使伺服軸的動(dòng)態(tài)運(yùn)行更加穩(wěn)定。

SIMODRIVE 611UE提供模擬接口（±10 V）、角位移編碼器接口、數(shù)字輸入輸出接口，使用戶可以靈活應(yīng)用。SIMODRIVE 611UE 可連接西門子 1FK7、1FK6、1FT6，1PH等伺服電機(jī)，并可通過PROFIBUS-DP或TERMINAL模塊完成伺服單元的擴(kuò)展。

3 SINUMERIK 802C base line數(shù)控系統(tǒng)調(diào)試

3.1 數(shù)控系統(tǒng)及PLC調(diào)試

3.1.1 系統(tǒng)上電及引導(dǎo)

在一切準(zhǔn)備好后，將調(diào)試開關(guān)打到位置0，打開電源開關(guān)，系統(tǒng)正常引導(dǎo)。

在第一次引導(dǎo)開始時(shí)，系統(tǒng)會(huì)加載標(biāo)準(zhǔn)用戶程序Sample.ptp。若系統(tǒng)引導(dǎo)正常，面板上的POC燈（綠色）點(diǎn)亮，DIA燈（紅色）閃爍，同時(shí)系統(tǒng)出現(xiàn)700000號報(bào)警，提示用戶輸入相關(guān)參數(shù)，此時(shí)說明系統(tǒng)啟動(dòng)完畢。

3.1.2 PLC程序調(diào)試

3.1.2.1 PLC程序的編制

為滿足CQ61100臥式車床的控制需求，編寫Sample.ptp程序中的SBR0-SBR30的子程序，其中SBR31-SBR64為標(biāo)準(zhǔn)功能子程序。在標(biāo)準(zhǔn)功能子程序中，用戶需參照SBR31 USR_INI子程序進(jìn)行修改，以保證PLC參數(shù)與SINUMERIK 802C base line的功能對應(yīng)關(guān)系。

在子程序中對信號I0.0-I0.7及Q0.0-Q1.7采用了濾波原理處理，子程序中這些信號都按常開邏輯處理。為了適應(yīng)外部節(jié)點(diǎn)的邏輯需求，可以通過PLC參數(shù)MD14512[0]-14512[3]和14512[4]-14512[7]進(jìn)行設(shè)置以改變邏輯關(guān)系。現(xiàn)對程序編制過程中關(guān)鍵部分及子程序予以說明。

（1）用戶鍵定義

K1—機(jī)床使能鍵，K2—機(jī)床狀態(tài)指示，K4—手動(dòng)換刀鍵，K5—坐標(biāo)潤滑鍵，K6—主軸潤滑鍵；K10—機(jī)床照明燈，K12—超程釋放鍵。

（2）EMG_STOP(SBR33)

A：在急停處理過程中,首先從機(jī)床的安全考慮,需將外部的坐標(biāo)限位、急停開關(guān)接在常閉點(diǎn)，這樣就和子程序中的常開邏輯矛盾。為解決該問題，在程序下載后必須將PLC參數(shù)中的MD14512[0]-MD14512[3]相應(yīng)位置為1。

B：在PLC調(diào)試階段，因伺服系統(tǒng)沒調(diào)試，所以伺服準(zhǔn)備好信號I1.7為低電平，為使PLC調(diào)試正常進(jìn)行，需將I1.7接為高電平,使系統(tǒng)退出急停狀態(tài)。

C：PLC急停使能信號為 V26000000.1和 V26000000.2，急停反饋信號為V27000000.1。同時(shí)必須對伺服驅(qū)動(dòng)器端子T48、T63、T64的上電順序進(jìn)行控制。

（3）SPINDLE（SBR35）

A：CQ61100車床的在改造方案制定時(shí)保留了原有電氣控制方式，不進(jìn)行伺服控制。主軸正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)輸出點(diǎn)為Q0.0、Q0.1，主軸剎車輸出點(diǎn)為Q0.2。

B：在加工過程中出現(xiàn)急停時(shí)，需保證進(jìn)給保持時(shí)，同時(shí)切斷主軸輸出并控制主軸剎車。并考慮在ATUO/EDIT方式下主軸過載/進(jìn)給時(shí)的進(jìn)給保護(hù)。相關(guān)信號如下：

V32000006.0：FEEDHOLD 擊活

V32000006.1：READ_IN不使能

V32000007.0：NC START 擊活

C：在REF和TEACH_IN方式下禁止主軸旋轉(zhuǎn),相關(guān)信號如下：

V30000001.0：REF 方式選擇

V30000001.2：TEACH_IN方式選擇

（4）AXIS_CTL(SBR40)

該子程序主要完成對坐標(biāo)軸的控制，相關(guān)控制功能如下，并以X坐標(biāo)為例進(jìn)行PLC信號說明：

A：進(jìn)給坐標(biāo)的使能控制，相關(guān)信號如下：

V38000002.1：驅(qū)動(dòng)使能

V38000004.3：進(jìn)給停止

B：進(jìn)給坐標(biāo)的參考點(diǎn)功能控制，相關(guān)信號如下：

V38001000.7：X坐標(biāo)參考點(diǎn)凸輪

V32000001.0：參考點(diǎn)到達(dá)擊活

V33000004.2：所有的坐標(biāo)參考點(diǎn)建立

C：進(jìn)給坐標(biāo)的移動(dòng)方向控制，相關(guān)信號如下：

V39000004.6：X坐標(biāo)正向移動(dòng)

V39000004.7：X坐標(biāo)反向移動(dòng)//D：進(jìn)給坐標(biāo)的限位控制。特別是控制進(jìn)給坐標(biāo)在出現(xiàn)限位的情況下，不能使移動(dòng)軸向超限位方向移動(dòng)。相關(guān)信號如下：

V45001018.4：X坐標(biāo)只有一個(gè)限位開關(guān)

V38001000.0：負(fù)向硬件限位

V38001000.1：正向硬件限位

（4）TURRET1（SBR46）

該子程序?yàn)殡妱?dòng)刀架控制模塊。本次改造選用4個(gè)刀位的電動(dòng)刀架，刀架采用霍爾元件采集刀位信號。該信號盤輸出的直流信號只有3 V，不能滿足SINUMERIK 802C base line的PLC輸入點(diǎn)DC24 V的高電平要求，因此對發(fā)射盤輸出點(diǎn)安裝電阻，將電平提升到DC24 V。電動(dòng)刀架的控制功能如下：

A：電動(dòng)刀架的正向和反向控制。該電動(dòng)刀架在尋找刀位時(shí)正向旋轉(zhuǎn)，刀架的卡緊采用刀架的反向旋轉(zhuǎn)并配合機(jī)械機(jī)構(gòu)進(jìn)行卡緊。相關(guān)信號如下：

M112.0：刀架 CW

M112.1：刀架 CCW

M101.0-M101.3：刀位信號

B：手動(dòng)和自動(dòng)換刀控制。在手動(dòng)換刀時(shí)按壓操作面板上的K4鍵進(jìn)行更換，移動(dòng)一個(gè)刀位停止一次，直到找到所需刀位。在自動(dòng)換刀時(shí)由程序中的T功能進(jìn)行控制。相關(guān)信號如下：

VD25002000：T 功能

MD108：程編刀號

V10000000.3：操作面板手動(dòng)按鍵K4

3.1.2.2 下載PLC程序

在對Sample.ptp用戶程序編輯完成后，使用Programming tool PLC802軟件和V24通信電纜將用戶程序下載，下載時(shí)需對Programming tool PLC802的通信進(jìn)行設(shè)置，并對程序進(jìn)行編譯并下載（圖1）。

圖1 通信設(shè)置

3.1.2.3 設(shè)置PLC參數(shù)

在PLC程序下載成功后，重啟系統(tǒng)。若系統(tǒng)引導(dǎo)一切正常并PLC程序無誤，系統(tǒng)自動(dòng)出現(xiàn)700000號報(bào)警，提示用戶輸入相關(guān)參數(shù)，見圖2。相關(guān)PLC參數(shù)設(shè)定如下：

MD14510[13]=15 MD14512[0]=FFH

MD14510[17]=1 MD14512[1]=FFH

MD14510[20]=4 MD14512[2]=83H

MD14510[21]=100 MD14512[3]=0FH

MD14510[22]=12 MD14512[4]=FFH

MD14510[26]=23 MD14512[5]=FFH

MD14510[27]=29 MD14512[11]=81H

MD14510[30]=27 MD14512[16]=01H

MD14510[31]=25 MD14512[18]=F4H

圖2 PLC參數(shù)界面

3.2 伺服調(diào)試

3.2.1 設(shè)定伺服參數(shù)

在PLC基本功能調(diào)試完成后，根據(jù)實(shí)際伺服配置情況對SINUMERIK 802C base line的伺服參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，關(guān)鍵的伺服參數(shù)設(shè)定如下（以X坐標(biāo)為例）：

MD30130=1 MD30240=2

MD34200=1 MD31020=4096

MD31030=5 MD31050=1

MD31060=5

3.2.2 設(shè)定驅(qū)動(dòng)參數(shù)

SIMODRIVE 611UE是一種用戶可配置的伺服驅(qū)動(dòng)器，在SINUMERIK 802C base line伺服參數(shù)設(shè)定完成后，需使用SimoComU軟件對SIMODRIVE 611UE進(jìn)行在線設(shè)定、調(diào)試。并保證SIMODRIVE 611UE和SINUMERIK 802C base line之間伺服參數(shù)的對應(yīng)。

（1）設(shè)定驅(qū)動(dòng)參數(shù)

在進(jìn)入SimoComU后，首先選擇聯(lián)機(jī)方式，然后根據(jù)實(shí)際使用的伺服電機(jī)以及SimoComU軟件的提示進(jìn)行設(shè)定（圖3），在確認(rèn)所有電機(jī)參數(shù)正確后，SimoComU會(huì)自動(dòng)計(jì)算SIMODRIVE 611UE和所配電機(jī)的匹配數(shù)據(jù)。計(jì)算完成后必須將SIMODRIVE 611UE參數(shù)P890設(shè)為1，否則角位置編碼器信號不會(huì)輸出到NC。

圖3 SimoComU設(shè)定界面

（2）動(dòng)態(tài)特性調(diào)試

為提升坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)特性，需對伺服系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性調(diào)試。SINUMERIK 802C base line使用SimoComU軟件伺服動(dòng)態(tài)進(jìn)行。調(diào)試步驟如下：

A：將MD30200設(shè)為1（調(diào)試完成后設(shè)為0），以保證調(diào)試期間使能端子65和9一直閉合。

B：進(jìn)入SimoComU軟件，選擇聯(lián)機(jī)方式，再選擇PC機(jī)控制。

C：分析機(jī)械特性1（電機(jī)正轉(zhuǎn)，電機(jī)抱閘釋放）。

D：分析機(jī)械特性2（電機(jī)反轉(zhuǎn)，電機(jī)抱閘釋放）。

E：電流環(huán)測試（電機(jī)靜止，抱閘卡緊）。

F：參數(shù)優(yōu)化計(jì)算。

G：恢復(fù)通用參數(shù)MD14512[16]=0，軸參數(shù) MD30200=1，系統(tǒng)重新上電復(fù)位,動(dòng)態(tài)優(yōu)化結(jié)束。

4 結(jié)語

綜上所述，SINUMERIK 802C base line數(shù)控系統(tǒng)作為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)可以很好地完成對車床的控制，是普通車床數(shù)控化改造及應(yīng)用的解決方案。

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〔編輯 李 波〕