我公司 BFT 130臥式鏜銑床是八十年代末從東德購入的一臺普通數(shù)控機床。有繼電器控制和一個具有定位功能的數(shù)控裝置及PLC組成的控制系統(tǒng)。有四個進給軸和一個主軸，另加一個機械切換旋轉(zhuǎn)軸，四個進給軸由兩套可控硅驅(qū)動裝置切換驅(qū)動，單獨一套主軸驅(qū)動系統(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)無法正常使用。為解決上述問題，針對BFT130臥式鏜銑床的結(jié)構(gòu)特點，對其進行數(shù)控化改造。該機床機械傳動采用了定比齒輪箱和滾珠絲杠，機械精度好，傳動精度較高，能夠滿足數(shù)控改造的基本要求。

　　一、機床改造可行性分析、選型設(shè)計與調(diào)試

　　對機床狀況的了解深入與否往往決定一個項目的成敗?？筛鶕?jù)被改造機床的結(jié)構(gòu)。性能、運行狀態(tài)、現(xiàn)有加工精度、特殊功能等要求，結(jié)合電纜長度、電機扭矩及額定轉(zhuǎn)速、主軸功率。系統(tǒng)安裝空間等細節(jié)提出性能價格比最優(yōu)的選型與配置方案。該改造項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)動系統(tǒng)采用三套 61交流驅(qū)動及IFTS交流伺服電機，并與位置檢測元件一起構(gòu)成全閉環(huán)控制系統(tǒng)。對主軸的控制采用英國歐陸590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臥式鏜銑床有一個主軸和四個進給軸，編制新的PLC邏輯控制程序可以實現(xiàn)機床三軸聯(lián)動，進行三維的立體加工。SINUMERIK 840 Di數(shù)控系統(tǒng)具有3D插補、螺旋線插補、鉆削和銑削循環(huán)加工、圖形與坐標編程、圖形仿真、螺紋轉(zhuǎn)速進給功能，還有刀具半徑和長度補償、絲杠螺距和齒輪間隙補償?shù)裙ψ宰浴?br />
　　1．1 關(guān)于 SINUMERIK 840 Di數(shù)控系統(tǒng)的簡介

　　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：CNC控制功能與HMI功能一起都在 PC處理器上運行；840 Di帶有大量標準化工業(yè)PC機接口，用于驅(qū)動和 I／O的PROFIBUS—DP現(xiàn)場總線，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）、JOG（手動）和MDA（手動數(shù)據(jù)輸人／自動加工）方式。此外還有四種機床功能：增量點動功能（步進）、重定位功能（斷點返回）、返回參考點功能和設(shè)定實際值功能（刀補）。此外SINUMERIK 840 Di數(shù)控系統(tǒng)的PCU 50還帶有一個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，極大的方便機床的操作與維護。

　　1．2 BFT 130臥式鏜銑床PLC控制程序的開發(fā)與編制

　　本機床采用西門子S 7—300 PLC邏輯控制器，原來的機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)場總線與PCU連接，通過MPI總線與主機進行信息交換。首先在PCU 50中對S 7一300的軟件進行硬件組態(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)。然后進行 PLC的編程。對PLC的編程可分以下幾個步驟進行：

　　a．分析機床的電氣控制原理和結(jié)構(gòu)特

　　b．消化理解原機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際標準化的ISO代碼編制的，它可以利用自動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)編程手冊所描述的功能代碼外，還針對該機床的結(jié)構(gòu)特點，通過PLC編程控制機床，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)

　　該機床采用的伺服系統(tǒng)是6ilA交流驅(qū)動系統(tǒng)。數(shù)控機床的性能很大程度上取決于伺服驅(qū)動系統(tǒng)以及位置控制系統(tǒng)的性能，如機床的最高運行速度、跟蹤精度、定位精度。重復(fù)定位精度等重要指標均取決于伺服驅(qū)動系統(tǒng)以及位置控制系統(tǒng)的動態(tài)和靜態(tài)特性。伺服驅(qū)動系統(tǒng)是由電機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)需要位置反饋檢測元件，它是基于反饋控制原理工作的，把反饋信號與輸人的指令進行比較，以形成誤差值，并用此誤差值來控制伺服機構(gòu)運轉(zhuǎn)。位置控制是精確的控制機床運動部件的坐標位置，快速而準確的跟蹤指令運動。

　　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)，將機床上的電氣信號元件連接到控制柜，通過加工法蘭和連接齒輪安裝電機。

　　1．6 SINUMERIK 840 Di數(shù)控系統(tǒng)的啟動和調(diào)試

　　1．6．1 NC啟動

　　首先進人機床的參數(shù)設(shè)定界面，進人“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)定哪個機床軸通道內(nèi)有效；

　　d．編程時所用的軸。

　　然后進人“DRIVE CONFIG”窗口，在這里匹配驅(qū)動。

　　最后進人“MACHINE DATA”，設(shè)置各個軸（包括主軸）的具體參數(shù)：轉(zhuǎn)速極限、最高速度。報警極限等等。

　　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，系統(tǒng)可以通電調(diào)試。首先將各種機床數(shù)據(jù)、PLC機床控制程序，報警文本等信息傳送到 SINUMERIK 840 Di數(shù)控系統(tǒng)，操作機床的各種基本功能，如機床控制面板的操作、急停控制、行程限位控制、回參考點控制等；另外還有外圍設(shè)備的控制功能，如液壓。潤滑、進給軸機械夾緊放松、主軸換檔等。按照不同的功能和調(diào)試的實際情況，可對數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)進行修改。

　　　二、改造后的實用價值和經(jīng)濟價值

　　BFT 130臥式鏜銑床經(jīng)過改造后通過一段時間的運行證明，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)是先進的，達到并超過了預(yù)期的目標。該機床的各項配置（包括軟件、硬件和電氣）都達到并超過了原有機床性能。國內(nèi)同等規(guī)模的數(shù)控臥式鏜銑床，價格都在200萬人民幣左右。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)濟效益。