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       摘要：FASH160KE 仿形銑床是20世紀(jì)70 年代末引進(jìn)德國大型模具加工產(chǎn)品，自安裝使用至今，電氣元件已嚴(yán)重老化，備件缺乏，特別是交磁放大及直流驅(qū)動(dòng)器已無替代元件，因而造成控制調(diào)速失靈，已不能正常使用；同時(shí)其液壓仿形功能已無法修復(fù)，設(shè)備只能作為普通龍門銑床使用。設(shè)備機(jī)械部分尚精度良好，因此采用802D 數(shù)控系統(tǒng)及MICROMASTER-440 變頻器對其進(jìn)行數(shù)控化改造。
 
       關(guān)鍵詞：802D 數(shù)控系統(tǒng)；數(shù)控機(jī)床；數(shù)控化改造DOI
 
       1 、設(shè)備現(xiàn)狀及改造必要性
 
      FASH160KE 仿形銑床是公司20 世紀(jì)70 年代末引進(jìn)德國大型仿形銑床，在公司的模具加工及維修中發(fā)揮了巨大的作用，雖經(jīng)30 多年的使用，其機(jī)械精度及主軸性能良好，但由于其電氣系統(tǒng)故障頻繁，同時(shí)其液壓仿形功能損壞，造成該設(shè)備多數(shù)時(shí)間只能作為普通龍門銑床使用， 而且作為主要的驅(qū)動(dòng)部件交磁放大及直流驅(qū)動(dòng)器已無替代元件，造成控制調(diào)速失靈，設(shè)備長期無法正常工作，因此必須對其電氣系統(tǒng)進(jìn)行改造。設(shè)備原主軸電機(jī)為交流三相異步電機(jī)，X，Y，Z，W的4軸采用西門子早期直流調(diào)速系統(tǒng)，主要精度靠液壓仿形功能保證。
 
       2 、改造方案設(shè)計(jì)
 
      對于老設(shè)備的改造通常的做法主要是選用相應(yīng)規(guī)格的驅(qū)動(dòng)裝置及新的驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制設(shè)備的正常運(yùn)行，而其控制系統(tǒng)可選用PLC或是數(shù)控系統(tǒng)作為設(shè)備的控制核心， 由于PLC 只能作為對設(shè)備邏輯功能進(jìn)行控制，無法對設(shè)備加工制造能力和產(chǎn)品質(zhì)量控制能力進(jìn)行提高，因此，對于仿形銑床的改造，根據(jù)其機(jī)械性能良好，且采用滾珠絲杠進(jìn)行傳動(dòng)，選擇數(shù)控化改造將大大發(fā)揮該設(shè)備的能力。具體方案： 對設(shè)備控制系統(tǒng)采用西門子SINUMERIK802D數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行控制，X，Y，Z，W（橫梁軸）4 軸采用SIMENS1FT6伺服系統(tǒng)及其配套的伺服電機(jī)進(jìn)行控制驅(qū)動(dòng)。
 
      主軸保留原三相交流異步電機(jī)， 控制系統(tǒng)采用西門子MICROMASTER 440 變頻調(diào)速系統(tǒng)作為主軸電機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置，并在802D 系統(tǒng)中將其配置為模擬主軸，通過減速箱，實(shí)現(xiàn)在高低速兩擋內(nèi)的無級變速。
 
      3 、SINUMERIK 802D 數(shù)控系統(tǒng)簡介
 
      3.1 系統(tǒng)功能
   
      SINUMERIK 802D 系統(tǒng)是近年來廣泛應(yīng)用于數(shù)控車、數(shù)控銑以及經(jīng)濟(jì)型加工中心上的數(shù)控系統(tǒng)， 由PCU（面板控制單元）、MCP（機(jī)床控制面板）、NC 鍵盤、伺服驅(qū)動(dòng)功率模塊及電源、I/O 輸入輸出模塊、電子手輪等基本單元組成。PCU 作為802D數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，將NCK（數(shù)控核心）、PLC、HMI（人機(jī)界面） 和通信任務(wù)集成在一起， 并用Profibus 現(xiàn)場總線將各單元連接起來， 組成一個(gè)可同時(shí)控制4個(gè)伺服進(jìn)給軸和一個(gè)模擬主軸的數(shù)控系統(tǒng)。
 
       3.2 PLC 部分
 
       802D 數(shù)控系統(tǒng)各坐標(biāo)軸的伺服控制由NCK 裝置完成,但機(jī)床邏輯控制則由PCU 內(nèi)嵌的PLC 完成。機(jī)床外部輸入輸出信號經(jīng)I/O 模塊PP72/48 并通過Profibus 現(xiàn)場總線實(shí)現(xiàn)與PLC 的連接，每個(gè)PP72/48 具有3 個(gè)獨(dú)立的50 芯插槽，包括24位數(shù)字輸入和16 位數(shù)字量輸出， 依次每個(gè)I/O 模塊具有72 位數(shù)字輸入和48 位數(shù)字輸出， 802D 系統(tǒng)最多可配兩塊PP72/48模塊， 及最多有144位數(shù)字輸入和96位數(shù)字輸出；PLC 的編程軟件使用Programming Tool Plc 802D， 該軟件與STEP-200PLC 編程軟件大致相同，使用LAD（梯形圖）作為編程語言，但所使用的通信接口和通信電纜有所不同。
 
      3.3 驅(qū)動(dòng)單元
  
      SINUMERIK 802D 數(shù)控系統(tǒng)使用的是SIMODRIVE 611UE通用伺服驅(qū)動(dòng)單元， 其配套的使用的電機(jī)為SIMENS 1FK6 和1FK71 系列伺服電機(jī)， 電機(jī)所配編碼器信號為1 Vpp 正弦波，611UE 配備的PROFIBUS 接口模塊用于速度環(huán)和電流環(huán)控制，位置控制環(huán)由PCU 實(shí)現(xiàn)。611UE 其控制模塊可選擇雙軸和單軸模塊，并且還可以在雙軸模塊上設(shè)置一個(gè)疊加軸。在本次對仿形銑床的改造中選用4 個(gè)單軸控制模塊控制4個(gè)驅(qū)動(dòng)軸， 同時(shí)設(shè)定疊加軸，配置為模擬主軸，完成對主軸控制。
 
      4 、SINUMERIK 802D 系統(tǒng)連接原理圖
 
      SINUMERIK 802D 系統(tǒng)是基于PROFIBUS 總線的數(shù)控系統(tǒng)，輸入輸出信號時(shí)通過PROFIBUS 總線的傳遞，位置調(diào)節(jié)也是通過PROFIBUS 完成；PCU 為PRIFIBUS 的主設(shè)備， 每個(gè)PROFIBUS 從設(shè)備（PP72/48，611UE） 都具有自己唯一的總線地址，因此設(shè)備在PROFIBUS總線上的排序是任意的。PP72/48模塊的總線地址由模塊上的地址開關(guān)S1設(shè)定，第一塊為“9”，第二塊為“8”；611UE的總線地址可以利用工具軟件SIMOCOMU設(shè)定；完成對PROFIBUS的連接后，PROFIBUS兩個(gè)終端設(shè)備的終端電阻開關(guān)應(yīng)處于ON的位置，中間設(shè)備的終端電阻開關(guān)位置為OFF。
 
      5 、設(shè)備電氣原理及PLC 編程
 
      5.1 設(shè)備電氣原理、
 
      經(jīng)過分析系統(tǒng)，總共需要65個(gè)輸入點(diǎn)和28和輸出點(diǎn)，因此只需要選擇一塊PP72/48 模塊。伺服連接示意圖見圖1，主軸變頻器連接見圖2。

                          圖1 伺服連接示意圖

               圖2 主軸變頻器連接圖

      5.2 PLC 編程
 
      由于SINUMERIK802D 系統(tǒng)隨編程軟件提供一套銑床的標(biāo)準(zhǔn)PLC 程序， 采用標(biāo)準(zhǔn)的西門子模塊化編程方式。主要包括MAIN（OB1）主程序模塊、COOLING（SBR43）冷卻模塊、AXIS_CTL（SBR40）軸控制模塊等數(shù)控系統(tǒng)控制主要功能模塊，只需要對應(yīng)相應(yīng)的地址，就可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的基本功能。對于仿形銑床的改造， 由于外部控制的要求， 增加了SPINDE（SBR1）主軸控制模塊、YEYA（SBR2）液壓控制模塊、TOOLS（SBR3）道具控制模塊、TAOTONG（SBR6）套筒控制模塊4 個(gè)新的功能模塊。
 
      6 、結(jié)束語
 
      改造后的仿形銑床變成了一臺真正意義上的大型數(shù)控龍門銑床，設(shè)備精度高，性能可靠，故障率大大降低，操作方便。同時(shí)由于802D 系統(tǒng)能提供與電腦的通信能力，使得改造后的設(shè)備可實(shí)現(xiàn)在線加工能力，為公司的模具加工提供了可靠的保障。