大型卧式加工中心西门子数控系统的升级改造.doc

大型卧式加工中心西门子数控系统的升级改造 ? 应用研究? 大型卧式加工中心西门子数控系统的升级改造 卓民 (镇江机电高职机电系江苏镇江212000) 摘要:针对大型卧式加工中心的结构特点,介绍了利用西门子840D型数控系统的对机床进行改造的方案及实施过程. 关键词:加工中心数控系统伺服驱动PIC 中图分类号:TG659文献标识码:A文章编号:1007—9416(20lO)1卜0048—01 TheSiemensCNCTransformationoftheHorizontalMachineCenter Abstract:Accordingtothestructurecharacteristicsoftheimportedhorizontalmachinecenter.thetransformationschemewasproposedbyut ilizingtheSIEMENS840Dsystem. KeyWords:Machinetenor;CNCsystemServodrive;PLC 2008年,某校实习工厂受赠一台8O年代 进口的加工中心.由于年代久远,几乎不能 进行生产.我校受委托,对该机床进行维护, 以便教学使用. 经考察,该机床为大型卧式加工中心, 联动轴数为三轴,x,Y轴行程1O00mm,Z轴 行程800mm,并带有中80Omm分度工作台, 刀库容量30把,机械手换刀.而且我们还发 现,这台机床在原单位进行过一次西门子81 DM系统的改装,替代了美国原厂A900系统. 由于年代较长,现该机床多数电子元器 件和电气设备已严重老化,NC电路板性能 也不稳定,故障频繁.810M系统人机操作界 面繁琐,不能视窗化操作.机床采用的是感 应同步器的半闭环位置反馈控制. 经过论证,我们决定对机床数控系统进 行再次改造.其目的是要让机床可靠运行, 数控系统要能处理数字信息,便于今后加装 数字器件.系统还要兼容WINDOWS操作, 要有全中文人机界面,便于学校教学.此外 机床要能要进行一定的高精度加工.具体措 施如下: 1选用840D数控系统 西门子840D数控系统,是9O年代后期的 全数字化高度开放式数控系统.它采用SIE MENSNCU模块,具有高度模块化及规范 化的结构.它可进行2D动态模拟显示与3D 立体图形模拟显示.最大控制轴数可达31 轴,可实现5轴联动.其结构简单,硬件故障 率较低.该系统还可在WINDOWS环境下 运行,可全中文显示,其系统功能强大,性能 优越,使用方便. 为能尽可能的兼容原有系统配件,降低 改造难度,避免大的调试工作量.我们仍选 择西门子CNC系统,采用840D系统来实现 四轴控制,三轴联动.主轴,进给轴驱动,由8 40D系统配套的SIMODRIVE6l1D模块控 制.电机选用1PH7系列和1FT6系列电机. 2机械部件基本保留 该加工中心总体刚性较好,机械部分由 于实际切削加工时间并不长,丝杠和导轨磨 损很小,仍能保持较高精度,液压,润滑系统 一 切正常,系统经清洗后能继续使用.整体 机械性能良好,具有较高的利用价值.因此, 除了对机械部件做除锈和清洁保养外,无需 做大的更换和修复. 3电气改造调整 因大多电器元件已经老化,为便于数控 系统的升级后调试可靠,我们重新设计电气 原理图,对原强电回路器件进行全部更新. 因为该机床输入输出信号较多,故配置了P P72/48模块供使用. 速度环反馈改取电机上编码器信号.机 床原来采用感应同步器作为位置反馈元件 的闭环控制方式.因原先供系统处理感应同 步器信号的转换模块已经损坏,而我单位库 存还留有光栅器件.为保证和提高机床改造 后的定位精度,现将位置检测装置一律改用 光栅尺.光栅尺作为位置检测元件与数字驱 动模块6l1D相应位置接口构成全闭环控制 系统,实现对数控机床精确定位控制.要注 意所配光栅输出信号要能和840D系统接收 的信号匹配,否则要加装西门子公司的转换 模块. 4进给和主轴驱动 由数控系统840D配套的6l1D模块作伺 服驱动.根据改造后的功率要求选择电动 机,伺服驱动主轴电动机采用lPH7167—2 NF03--0CA0电机,进给轴电动机采用1FT6 l08—8AC7l4AB电机. 机床主轴驱动只是一个速度单元,作开 环控制.主轴的准停由PLC控制,控制过程 为:取消主轴使能,挂空挡,主轴减速至20r/ rain以下,主轴定位,发出完成信号.主轴挂 挡过程为:收到挂挡信号,取消使能,延时确 认主轴停,齿轮摇摆挂挡,发出完成信号. 5刀库的控制 由PLC实现刀库的如下管理:刀库归 零,手动,自动操作,刀座号自动记忆及其按 最短路径决定刀具的运动方向和旋转的步 数自动换刀时,系统发出换刀指令,z轴退到 换刀位置,然后启动主轴定位程序和刀库选