周家剛 萬杰

摘 要：本文通過一臺臥車的設(shè)計調(diào)試，介紹了SINUMERIK 840D sl數(shù)控系統(tǒng)的配置、部分參數(shù)設(shè)置。

關(guān)鍵詞：SINUMERIK 840Dsl； 臥車；數(shù)控

一、項目簡介

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，能源需求不斷增加，能源格局不斷優(yōu)化，清潔能源的需求比例將增加，其中核能發(fā)電是其中重要的組成部分。東汽投入了核能發(fā)電的技術(shù)研究，并且技術(shù)處在全國同行前列，為此，東汽從軟件硬件方面進行了布局，專門修建了核電廠房，前期已經(jīng)投入建立安裝了INNSE BERARADI 260鏜床，科堡27米龍門銑，大型輪槽銑CX056及350T大高動等為核電生產(chǎn)的設(shè)備，但還缺一臺加工核電轉(zhuǎn)子的大型臥車，其成為制約CAP1400等核電汽輪機制造的裝備瓶頸。

二、項目方案系統(tǒng)構(gòu)成

1、主軸技術(shù)方案

這個項目為大型臥車，主軸拖動的轉(zhuǎn)子是300噸級的核電轉(zhuǎn)子，需要很大扭矩的電機和傳動比很大的變速箱才可滿足要求，但是現(xiàn)實中很難實現(xiàn)。

我們與德國SAFOP公司合作，經(jīng)過他們的測算決定采用雙電機拖動，既增加扭矩又可以起到反向消隙的作用，主軸軸承使用靜壓軸承，進一步減小摩擦，最終用兩臺1080NM伺服電機拖動轉(zhuǎn)子，滿足工作實際情況。

2、數(shù)控系統(tǒng)選擇

SINUMERIK 840D sl 是一款功能強大的數(shù)控系統(tǒng)，也是西門子近幾年力推的數(shù)控系統(tǒng)，能完美勝任各種苛刻的應用需求。具有模塊化、開放、靈活而又統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)，為使用者提供了最佳的可視化界面和操作編程體驗，及最優(yōu)的網(wǎng)絡集成功能。本項目采用西門子840D sl 數(shù)控系統(tǒng)。

3、數(shù)控系統(tǒng)方案配置

該臥車運動坐標主要有主軸，X軸，Z軸，主刀板Y1軸，副刀板Y2軸，以及尾座、中心架等，尾座及中心架執(zhí)行機構(gòu)采用普通三相異步電動機，邏輯由系統(tǒng)PLC的控制，主軸S，X軸，Z軸，主刀板Y1軸，副刀板Y2軸采用伺服電機執(zhí)行，其中主軸是雙電機驅(qū)動，統(tǒng)一接受數(shù)控系統(tǒng)控制。

三、控制系統(tǒng)完成的功能

機床由兩家公司合作完成，其中主軸箱由德國SAFOP設(shè)計制造，床身、刀架、尾座及中心架由國內(nèi)公司設(shè)計制造。

1、國內(nèi)設(shè)計制造部分

該機床尾座套筒快速移動電機和慢速移動電機均由軟啟動器控制，經(jīng)減速箱到傳動機構(gòu)；中心架設(shè)計兩個，布置于床身前后，程序設(shè)計時必須要在中心架工作時才能加工轉(zhuǎn)子，防止轉(zhuǎn)子軸頸拉毛；尾座和中心架都由分布式PLC ET200控制運行邏輯。

2、主軸箱部分

主軸箱由德國賽弗公司提供，液壓系統(tǒng)比較復雜，控制部分主要由10個變頻器控制10個液壓腔，兩臺主軸伺服電機由兩套S120功率模塊驅(qū)動，PLC CPU采用CPU315-2PN/DP，兩臺主軸電機采用主從功能控制，通過通信網(wǎng)絡受840D sl系統(tǒng)控制。

3、項目中關(guān)鍵部分調(diào)試

（1）主軸雙電機調(diào)試

雙電機驅(qū)動系統(tǒng)通過控制兩臺電機的輸出力矩，達到消除傳動間隙并分擔負載的目的，是提高系統(tǒng)機械精度的有效方法。雙電機驅(qū)動用西門子數(shù)控系統(tǒng)具有的主從控制功能實現(xiàn)的，主從控制就是主動軸和從動軸速度設(shè)定點的耦合，包括用于均衡扭矩分配的扭矩補償控制器。

兩臺伺服電機分別驅(qū)動兩個初級齒輪，電機與初級齒輪為直接連軸，無傳動間隙，由初級齒輪至輸出齒輪的各級齒輪的傳動間隙之和簡化為單級傳動的間隙。消隙系統(tǒng)在伺服運行過程中，采用對兩臺伺服電機進行聯(lián)動控制，使各級齒輪始終保持單面貼合，從而精確地傳遞扭矩、速度或位移。并且在保證無間隙傳動的同時，具有良好的伺服精度和快速響應特性。

（2）主軸箱與床身床尾的通訊調(diào)試

主軸箱與床身由兩家不同公司設(shè)計制造，控制系統(tǒng)只有一套，兩者之間必須建立通信，接受控制系統(tǒng)的統(tǒng)一指揮。本項目采用DP/DP COUPLER將兩套PLC CPU通訊建立起來。

DP/DP Coupler 連接兩個網(wǎng)絡的配置對于DP/DP Coupler 連接的兩個網(wǎng)段，通訊速率可以不同，因此DP/DP Coupler 非常適用于不同通訊速率的兩個Profibus‐DP 主站系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通訊，但是對于通訊數(shù)據(jù)區(qū)，網(wǎng)絡1 的輸入?yún)^(qū)必須和網(wǎng)絡2的輸出區(qū)完全對應，同樣網(wǎng)絡2 的輸入?yún)^(qū)必須和網(wǎng)絡1 的輸出區(qū)完全對應，否則會造成通訊故障。在每個網(wǎng)絡中，都當做一個從站來配置。兩個plc網(wǎng)絡中，配置的從站信息，必須保持一樣，除了站地址號。從站地址號可以獨立配置，直接修改dp coupler的地址撥碼。

四、項目運行

兩年來已加工核電轉(zhuǎn)子6根，均符合工藝精度要求，運行平穩(wěn)，設(shè)備精度高，獲得使用者的好評。本項目獲得東汽科協(xié)2015年度金橋獎，設(shè)備已成為東汽關(guān)鍵重點設(shè)備。

五、應用體會

SINUMERIK 840D sl數(shù)控系統(tǒng)已廣泛應用于各行各業(yè)，其性能優(yōu)越，具有很好的開放度，編程方便，其模塊化的設(shè)計對維護維修帶來極大的便利，其多種通訊協(xié)議的集成方便與外部擴展。本項目由國內(nèi)外廠家合作，機床控制通過網(wǎng)絡協(xié)議集成到一個控制系統(tǒng)，完美實現(xiàn)了各項功能和控制精度。

參考文獻：

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