我公司 BFT 130臥式鏜銑床是八十年代末從東德購(gòu)入的一臺(tái)普通數(shù)控機(jī)床。有繼電器控制和一個(gè)具有定位功能的數(shù)控裝置及PLC組成的控制系統(tǒng)。有四個(gè)進(jìn)給軸和一個(gè)主軸，另加一個(gè)機(jī)械切換旋轉(zhuǎn)軸，四個(gè)進(jìn)給軸由兩套可控硅驅(qū)動(dòng)裝置切換驅(qū)動(dòng)，單獨(dú)一套主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。由于電氣控制元件老化，整體可靠性差，故障頻繁，現(xiàn)在已經(jīng)無(wú)法正常使用。為解決上述問題，針對(duì)BFT130臥式鏜銑床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行數(shù)控化改造。該機(jī)床機(jī)械傳動(dòng)采用了定比齒輪箱和滾珠絲杠，機(jī)械精度好，傳動(dòng)精度較高，能夠滿足數(shù)控改造的基本要求。
一、機(jī)床改造可行性分析、選型設(shè)計(jì)與調(diào)試
對(duì)機(jī)床狀況的了解深入與否往往決定一個(gè)項(xiàng)目的成敗。可根據(jù)被改造機(jī)床的結(jié)構(gòu)。性能、運(yùn)行狀態(tài)、現(xiàn)有加工精度、特殊功能等要求，結(jié)合電纜長(zhǎng)度、電機(jī)扭矩及額定轉(zhuǎn)速、主軸功率。系統(tǒng)安裝空間等細(xì)節(jié)提出性能價(jià)格比最優(yōu)的選型與配置方案。該改造項(xiàng)目我們采用西門子新型SINUMERIK 840 Di數(shù)控系統(tǒng)和 S7～300可編程控制器，伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用三套 61交流驅(qū)動(dòng)及IFTS交流伺服電機(jī)，并與位置檢測(cè)元件一起構(gòu)成全閉環(huán)控制系統(tǒng)。對(duì)主軸的控制采用英國(guó)歐陸590全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)，取代原有電器控制元件，重新配制電氣控制柜。BFT 30臥式鏜銑床有一個(gè)主軸和四個(gè)進(jìn)給軸，編制新的PLC邏輯控制程序可以實(shí)現(xiàn)機(jī)床三軸聯(lián)動(dòng)，進(jìn)行三維的立體加工。SINUMERIK 840 Di數(shù)控系統(tǒng)具有3D插補(bǔ)、螺旋線插補(bǔ)、鉆削和銑削循環(huán)加工、圖形與坐標(biāo)編程、圖形仿真、螺紋轉(zhuǎn)速進(jìn)給功能，還有刀具半徑和長(zhǎng)度補(bǔ)償、絲杠螺距和齒輪間隙補(bǔ)償?shù)裙ψ宰浴?br />
1．1 關(guān)于 SINUMERIK 840 Di數(shù)控系統(tǒng)的簡(jiǎn)介
SINUMERIK 840 Di數(shù)控系統(tǒng)是西門子公司于2001年研制的高檔數(shù)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)提供了一個(gè)基于PC的控制概念。它除了高度的軟硬件開放性，還具有以下顯著特點(diǎn)：CNC控制功能與HMI功能一起都在 PC處理器上運(yùn)行；840 Di帶有大量標(biāo)準(zhǔn)化工業(yè)PC機(jī)接口，用于驅(qū)動(dòng)和 I／O的PROFIBUS—DP現(xiàn)場(chǎng)總線，WINDOWS NT操作系統(tǒng)，OPC應(yīng)用接口和NC控制軟件。840 Di適用于多種機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)改造，具有廣泛的應(yīng)用前景。
SINUMERIK 840 Di數(shù)控系統(tǒng)有三種基本工作方式：AUT（自動(dòng)）、JOG（手動(dòng)）和MDA（手動(dòng)數(shù)據(jù)輸人／自動(dòng)加工）方式。此外還有四種機(jī)床功能：增量點(diǎn)動(dòng)功能（步進(jìn)）、重定位功能（斷點(diǎn)返回）、返回參考點(diǎn)功能和設(shè)定實(shí)際值功能（刀補(bǔ)）。此外SINUMERIK 840 Di數(shù)控系統(tǒng)的PCU 50還帶有一個(gè)SG硬盤，可以把SINUMERIK 840 Di數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)（包括NC數(shù)據(jù)。PLC數(shù)據(jù)和補(bǔ)償數(shù)據(jù)）備份到硬盤上，也可以通過 RS 232端口或軟驅(qū)備份到外部PC，極大的方便機(jī)床的操作與維護(hù)。
1．2 BFT 130臥式鏜銑床PLC控制程序的開發(fā)與編制
本機(jī)床采用西門子S 7—300 PLC邏輯控制器，原來(lái)的機(jī)床邏輯控制由西門子S 7—300可編程邏輯控制器所取代。西門子S 7－300 PLC有一條MPI現(xiàn)場(chǎng)總線與PCU連接，通過MPI總線與主機(jī)進(jìn)行信息交換。首先在PCU 50中對(duì)S 7一300的軟件進(jìn)行硬件組態(tài)的設(shè)置。使S 7—300的軟件在 840 Di數(shù)控系統(tǒng)中體現(xiàn)。然后進(jìn)行 PLC的編程。對(duì)PLC的編程可分以下幾個(gè)步驟進(jìn)行：
a．分析機(jī)床的電氣控制原理和結(jié)構(gòu)特
b．消化理解原機(jī)床電氣邏輯控制程序功能；
C．建立新的PLC程序框圖；
d．編制新的軟件和硬件接口程序；
e．編制新的功能塊程序。
1．3 零件程序的編制
BFT 130臥式鏜銑床數(shù)控系統(tǒng)的零件加工程序是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的ISO代碼編制的，它可以利用自動(dòng)編程工具軟件的圖形編程功能，形成引 代碼的零件加工程序或用手工編程。除了 840 Di數(shù)控系統(tǒng)編程手冊(cè)所描述的功能代碼外，還針對(duì)該機(jī)床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過PLC編程控制機(jī)床，使其具有如下輔助的M代碼功能。
1．4 BFT 130臥式鏜銑床伺服系統(tǒng)
該機(jī)床采用的伺服系統(tǒng)是6ilA交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。數(shù)控機(jī)床的性能很大程度上取決于伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及位置控制系統(tǒng)的性能，如機(jī)床的最高運(yùn)行速度、跟蹤精度、定位精度。重復(fù)定位精度等重要指標(biāo)均取決于伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及位置控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是由電機(jī)和速度控制單元組成，它可以任意調(diào)節(jié)速度并提供切削過程所需要的轉(zhuǎn)距和功率。位置閉環(huán)控制系統(tǒng)需要位置反饋檢測(cè)元件，它是基于反饋控制原理工作的，把反饋信號(hào)與輸人的指令進(jìn)行比較，以形成誤差值，并用此誤差值來(lái)控制伺服機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)。位置控制是精確的控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的坐標(biāo)位置，快速而準(zhǔn)確的跟蹤指令運(yùn)動(dòng)。
1．5 數(shù)控電氣系統(tǒng)的安裝
首先拆除原電氣控制系統(tǒng)，安裝新的電氣控制柜及數(shù)控系統(tǒng)，將機(jī)床上的電氣信號(hào)元件連接到控制柜，通過加工法蘭和連接齒輪安裝電機(jī)。
1．6 SINUMERIK 840 Di數(shù)控系統(tǒng)的啟動(dòng)和調(diào)試
1．6．1 NC啟動(dòng)
首先進(jìn)人機(jī)床的參數(shù)設(shè)定界面，進(jìn)人“GENERAL”窗口，設(shè)置“定義各軸名稱”的參數(shù)（各軸的名稱不可重復(fù)）；然后進(jìn)人“CHANNEL SPECIFIC”窗口，這里的參數(shù)有四種，分別為：
a。把幾何軸分配到通道；
b．幾何軸的名稱；
C．設(shè)定哪個(gè)機(jī)床軸通道內(nèi)有效；
d．編程時(shí)所用的軸。
然后進(jìn)人“DRIVE CONFIG”窗口，在這里匹配驅(qū)動(dòng)。
最后進(jìn)人“MACHINE DATA”，設(shè)置各個(gè)軸（包括主軸）的具體參數(shù)：轉(zhuǎn)速極限、最高速度。報(bào)警極限等等。
1．6．2 調(diào)試
按照 BFT 30臥式鏜銑床的電氣與數(shù)控設(shè)計(jì)圖紙，完成硬件連接，并將安裝有 SIMATIC S 7－300的編程軟件的電腦通過SINUMERIK FM—NC數(shù)控系統(tǒng)的 RS 232串口聯(lián)機(jī)，系統(tǒng)可以通電調(diào)試。首先將各種機(jī)床數(shù)據(jù)、PLC機(jī)床控制程序，報(bào)警文本等信息傳送到 SINUMERIK 840 Di數(shù)控系統(tǒng)，操作機(jī)床的各種基本功能，如機(jī)床控制面板的操作、急?？刂?、行程限位控制、回參考點(diǎn)控制等；另外還有外圍設(shè)備的控制功能，如液壓。潤(rùn)滑、進(jìn)給軸機(jī)械夾緊放松、主軸換檔等。按照不同的功能和調(diào)試的實(shí)際情況，可對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行修改。
二、改造后的實(shí)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值
BFT 130臥式鏜銑床經(jīng)過改造后通過一段時(shí)間的運(yùn)行證明，SINUMERIK 840 Di數(shù)控系統(tǒng)在BFT 130臥式鏜銑床的數(shù)控改造中的應(yīng)用是成功的，技術(shù)是先進(jìn)的，達(dá)到并超過了預(yù)期的目標(biāo)。該機(jī)床的各項(xiàng)配置（包括軟件、硬件和電氣）都達(dá)到并超過了原有機(jī)床性能。國(guó)內(nèi)同等規(guī)模的數(shù)控臥式鏜銑床，價(jià)格都在200萬(wàn)人民幣左右。該臥式鏜銑床的改造成功，緩解了我公司零部件加工制造中的緊張情況，已經(jīng)為我公司創(chuàng)造出很大的經(jīng)濟(jì)效益。
一、機(jī)床改造可行性分析、選型設(shè)計(jì)與調(diào)試
對(duì)機(jī)床狀況的了解深入與否往往決定一個(gè)項(xiàng)目的成敗。可根據(jù)被改造機(jī)床的結(jié)構(gòu)。性能、運(yùn)行狀態(tài)、現(xiàn)有加工精度、特殊功能等要求，結(jié)合電纜長(zhǎng)度、電機(jī)扭矩及額定轉(zhuǎn)速、主軸功率。系統(tǒng)安裝空間等細(xì)節(jié)提出性能價(jià)格比最優(yōu)的選型與配置方案。該改造項(xiàng)目我們采用西門子新型SINUMERIK 840 Di數(shù)控系統(tǒng)和 S7～300可編程控制器，伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用三套 61交流驅(qū)動(dòng)及IFTS交流伺服電機(jī)，并與位置檢測(cè)元件一起構(gòu)成全閉環(huán)控制系統(tǒng)。對(duì)主軸的控制采用英國(guó)歐陸590全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)，取代原有電器控制元件，重新配制電氣控制柜。BFT 30臥式鏜銑床有一個(gè)主軸和四個(gè)進(jìn)給軸，編制新的PLC邏輯控制程序可以實(shí)現(xiàn)機(jī)床三軸聯(lián)動(dòng)，進(jìn)行三維的立體加工。SINUMERIK 840 Di數(shù)控系統(tǒng)具有3D插補(bǔ)、螺旋線插補(bǔ)、鉆削和銑削循環(huán)加工、圖形與坐標(biāo)編程、圖形仿真、螺紋轉(zhuǎn)速進(jìn)給功能，還有刀具半徑和長(zhǎng)度補(bǔ)償、絲杠螺距和齒輪間隙補(bǔ)償?shù)裙ψ宰浴?br />
1．1 關(guān)于 SINUMERIK 840 Di數(shù)控系統(tǒng)的簡(jiǎn)介
SINUMERIK 840 Di數(shù)控系統(tǒng)是西門子公司于2001年研制的高檔數(shù)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)提供了一個(gè)基于PC的控制概念。它除了高度的軟硬件開放性，還具有以下顯著特點(diǎn)：CNC控制功能與HMI功能一起都在 PC處理器上運(yùn)行；840 Di帶有大量標(biāo)準(zhǔn)化工業(yè)PC機(jī)接口，用于驅(qū)動(dòng)和 I／O的PROFIBUS—DP現(xiàn)場(chǎng)總線，WINDOWS NT操作系統(tǒng)，OPC應(yīng)用接口和NC控制軟件。840 Di適用于多種機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)改造，具有廣泛的應(yīng)用前景。
SINUMERIK 840 Di數(shù)控系統(tǒng)有三種基本工作方式：AUT（自動(dòng)）、JOG（手動(dòng)）和MDA（手動(dòng)數(shù)據(jù)輸人／自動(dòng)加工）方式。此外還有四種機(jī)床功能：增量點(diǎn)動(dòng)功能（步進(jìn)）、重定位功能（斷點(diǎn)返回）、返回參考點(diǎn)功能和設(shè)定實(shí)際值功能（刀補(bǔ)）。此外SINUMERIK 840 Di數(shù)控系統(tǒng)的PCU 50還帶有一個(gè)SG硬盤，可以把SINUMERIK 840 Di數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)（包括NC數(shù)據(jù)。PLC數(shù)據(jù)和補(bǔ)償數(shù)據(jù)）備份到硬盤上，也可以通過 RS 232端口或軟驅(qū)備份到外部PC，極大的方便機(jī)床的操作與維護(hù)。
1．2 BFT 130臥式鏜銑床PLC控制程序的開發(fā)與編制
本機(jī)床采用西門子S 7—300 PLC邏輯控制器，原來(lái)的機(jī)床邏輯控制由西門子S 7—300可編程邏輯控制器所取代。西門子S 7－300 PLC有一條MPI現(xiàn)場(chǎng)總線與PCU連接，通過MPI總線與主機(jī)進(jìn)行信息交換。首先在PCU 50中對(duì)S 7一300的軟件進(jìn)行硬件組態(tài)的設(shè)置。使S 7—300的軟件在 840 Di數(shù)控系統(tǒng)中體現(xiàn)。然后進(jìn)行 PLC的編程。對(duì)PLC的編程可分以下幾個(gè)步驟進(jìn)行：
a．分析機(jī)床的電氣控制原理和結(jié)構(gòu)特
b．消化理解原機(jī)床電氣邏輯控制程序功能；
C．建立新的PLC程序框圖；
d．編制新的軟件和硬件接口程序；
e．編制新的功能塊程序。
1．3 零件程序的編制
BFT 130臥式鏜銑床數(shù)控系統(tǒng)的零件加工程序是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的ISO代碼編制的，它可以利用自動(dòng)編程工具軟件的圖形編程功能，形成引 代碼的零件加工程序或用手工編程。除了 840 Di數(shù)控系統(tǒng)編程手冊(cè)所描述的功能代碼外，還針對(duì)該機(jī)床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過PLC編程控制機(jī)床，使其具有如下輔助的M代碼功能。
1．4 BFT 130臥式鏜銑床伺服系統(tǒng)
該機(jī)床采用的伺服系統(tǒng)是6ilA交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。數(shù)控機(jī)床的性能很大程度上取決于伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及位置控制系統(tǒng)的性能，如機(jī)床的最高運(yùn)行速度、跟蹤精度、定位精度。重復(fù)定位精度等重要指標(biāo)均取決于伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及位置控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是由電機(jī)和速度控制單元組成，它可以任意調(diào)節(jié)速度并提供切削過程所需要的轉(zhuǎn)距和功率。位置閉環(huán)控制系統(tǒng)需要位置反饋檢測(cè)元件，它是基于反饋控制原理工作的，把反饋信號(hào)與輸人的指令進(jìn)行比較，以形成誤差值，并用此誤差值來(lái)控制伺服機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)。位置控制是精確的控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的坐標(biāo)位置，快速而準(zhǔn)確的跟蹤指令運(yùn)動(dòng)。
1．5 數(shù)控電氣系統(tǒng)的安裝
首先拆除原電氣控制系統(tǒng)，安裝新的電氣控制柜及數(shù)控系統(tǒng)，將機(jī)床上的電氣信號(hào)元件連接到控制柜，通過加工法蘭和連接齒輪安裝電機(jī)。
1．6 SINUMERIK 840 Di數(shù)控系統(tǒng)的啟動(dòng)和調(diào)試
1．6．1 NC啟動(dòng)
首先進(jìn)人機(jī)床的參數(shù)設(shè)定界面，進(jìn)人“GENERAL”窗口，設(shè)置“定義各軸名稱”的參數(shù)（各軸的名稱不可重復(fù)）；然后進(jìn)人“CHANNEL SPECIFIC”窗口，這里的參數(shù)有四種，分別為：
a。把幾何軸分配到通道；
b．幾何軸的名稱；
C．設(shè)定哪個(gè)機(jī)床軸通道內(nèi)有效；
d．編程時(shí)所用的軸。
然后進(jìn)人“DRIVE CONFIG”窗口，在這里匹配驅(qū)動(dòng)。
最后進(jìn)人“MACHINE DATA”，設(shè)置各個(gè)軸（包括主軸）的具體參數(shù)：轉(zhuǎn)速極限、最高速度。報(bào)警極限等等。
1．6．2 調(diào)試
按照 BFT 30臥式鏜銑床的電氣與數(shù)控設(shè)計(jì)圖紙，完成硬件連接，并將安裝有 SIMATIC S 7－300的編程軟件的電腦通過SINUMERIK FM—NC數(shù)控系統(tǒng)的 RS 232串口聯(lián)機(jī)，系統(tǒng)可以通電調(diào)試。首先將各種機(jī)床數(shù)據(jù)、PLC機(jī)床控制程序，報(bào)警文本等信息傳送到 SINUMERIK 840 Di數(shù)控系統(tǒng)，操作機(jī)床的各種基本功能，如機(jī)床控制面板的操作、急?？刂?、行程限位控制、回參考點(diǎn)控制等；另外還有外圍設(shè)備的控制功能，如液壓。潤(rùn)滑、進(jìn)給軸機(jī)械夾緊放松、主軸換檔等。按照不同的功能和調(diào)試的實(shí)際情況，可對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行修改。
二、改造后的實(shí)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值
BFT 130臥式鏜銑床經(jīng)過改造后通過一段時(shí)間的運(yùn)行證明，SINUMERIK 840 Di數(shù)控系統(tǒng)在BFT 130臥式鏜銑床的數(shù)控改造中的應(yīng)用是成功的，技術(shù)是先進(jìn)的，達(dá)到并超過了預(yù)期的目標(biāo)。該機(jī)床的各項(xiàng)配置（包括軟件、硬件和電氣）都達(dá)到并超過了原有機(jī)床性能。國(guó)內(nèi)同等規(guī)模的數(shù)控臥式鏜銑床，價(jià)格都在200萬(wàn)人民幣左右。該臥式鏜銑床的改造成功，緩解了我公司零部件加工制造中的緊張情況，已經(jīng)為我公司創(chuàng)造出很大的經(jīng)濟(jì)效益。
