840D數(shù)控系統(tǒng)在ZZC轉(zhuǎn)子車床中的應(yīng)用

周玉秀，牛煥杰

（1.哈爾濱華悅控制技術(shù)有限公司，黑龍江 哈爾濱 150080；2.哈爾濱泰來軸承有限公司，黑龍江 哈爾濱 150036）

1 前言

ZZC轉(zhuǎn)子車床是一種老式的加工機(jī)床，其電氣部分原采用西門子802C模擬控制系統(tǒng)，使系統(tǒng)離散，最多只可控制三個(gè)模擬進(jìn)給軸和一個(gè)模擬主軸，且可靠性和加工精度不高，主要應(yīng)用于低端車床和銑床中。為了適應(yīng)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和科技水平的日益提高，決定采用采用西門子840D數(shù)控系統(tǒng)對(duì)該機(jī)床電氣部分進(jìn)行改造，使之具有數(shù)字化、模塊化特點(diǎn)，操作靈活、可靠，各種補(bǔ)償功能豐富，以提高機(jī)床加工精度。

2 840D數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn)

西門子840D是90年代后期的全數(shù)字化高度開放式數(shù)控系統(tǒng)，它與以往數(shù)控系統(tǒng)的不同點(diǎn)是數(shù)控與驅(qū)動(dòng)的接口信號(hào)完全數(shù)字量的，它的人機(jī)界面建立在FlexOs基礎(chǔ)上，更易操作，更易掌握，軟件內(nèi)容更加豐富。它具有高度模塊化及規(guī)范化的結(jié)構(gòu)，將CNC和驅(qū)動(dòng)控制集成在一塊集成電路板上，便于編程、操作和監(jiān)控。840D的計(jì)算機(jī)化、驅(qū)動(dòng)的模塊化和驅(qū)動(dòng)接口的數(shù)字化，代表著當(dāng)今數(shù)控的發(fā)展方向。840D系統(tǒng)的MMC103與西門子611D伺服驅(qū)動(dòng)模塊及西門子S7-300PLC模塊構(gòu)成的全數(shù)字?jǐn)?shù)控系統(tǒng)，應(yīng)用于眾多數(shù)控加工領(lǐng)域，能實(shí)現(xiàn)鉆、車、銑、磨等數(shù)控功能。

3 電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1 模塊選型

操作部分硬件840D系統(tǒng)的MMC103提供有標(biāo)準(zhǔn)的PC軟件、硬盤、奔騰處理器，用戶可在W indow98/2000下開發(fā)自定義的界面。此外，2個(gè)通用接口RS-232可使主機(jī)與外設(shè)進(jìn)行通信，用戶還可通過磁盤驅(qū)動(dòng)器接口和打印機(jī)并行接口完成程序存儲(chǔ)、讀入及打印工作；通過PLC編程集成S7－300，PLC程序和數(shù)據(jù)內(nèi)存可擴(kuò)展到288KB，I/O模塊可擴(kuò)展到2048個(gè)輸入/輸出點(diǎn)，PLC程序可以極高的采樣速率監(jiān)視數(shù)字輸入，向數(shù)控機(jī)床數(shù)控單元NCU發(fā)送運(yùn)動(dòng)停止/啟動(dòng)命令；611D伺服驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)主軸電機(jī)及X、Y、Z、B軸等進(jìn)給電機(jī)（最多可控制31個(gè)軸）。本數(shù)控車床改造主要由MS電源模塊、NCU數(shù)控單元模塊、611D伺服模塊和1FT6系列伺服電機(jī)組成驅(qū)動(dòng)部分；S7300PLC可編程控制器、MCP機(jī)床控制面板和OP操作面板組成控制操作部分。

3.2 數(shù)控車床控制系統(tǒng)圖（圖1）

圖1 數(shù)控車床控制系統(tǒng)方塊圖

3.3 系統(tǒng)配置

SINUMER IK 840D是由人機(jī)交換界面（MMC）、數(shù)控及驅(qū)動(dòng)單元（NCU）和可編程序控制器（PLC）三部分模塊組成。

3.3.1 人機(jī)交換界面（MMC）

由 MMC103（實(shí)際上就是一臺(tái)計(jì)算機(jī)，有自己獨(dú)立的CPU，還可以帶硬盤，帶軟驅(qū)。）、OP（Operation panel）顯示器單元和MCP（Machine Control Panel）機(jī)床操作面板三部分組成，它們負(fù)責(zé)NC數(shù)據(jù)的輸入和顯示。

3.3.2 數(shù)控及驅(qū)動(dòng)單元（NCU）

包括NC單元執(zhí)行數(shù)字驅(qū)動(dòng)和數(shù)字伺服；FFD驅(qū)動(dòng)模塊單元排列在右側(cè)；運(yùn)動(dòng)控制的執(zhí)行部分由611D伺服驅(qū)動(dòng)和1FT6電機(jī)兩部分組成，SINUMERIK840D配置的數(shù)字驅(qū)動(dòng)、數(shù)字伺服均通過NCU 完成。

3.3.3 可編程序控制器（PLC）

采用S7－300可編程序控制器，包括輸入模塊和輸出模塊，所有機(jī)床控制程序以T形圖形式集成在PLC中。

3.4 模塊之間通訊方式

SINUMERIK840D應(yīng)用了MPI（Multiple Point Interface）總線技術(shù)，將數(shù)控及驅(qū)動(dòng)單元NCU、MMC和PLC模塊三部分用設(shè)備總線互相連接起來，傳輸速率為187.5kb/s；為提高人機(jī)交互的效率，OP單元作為這個(gè)總線構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，又增加OPI（Operator PanelInterface）總線，它的傳輸速率為1.5Mb/s。

4 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1 程序初始化

CALL FC2

CALL FC19

BAAGNO:=B#16#1

CHANNO:=B#16#1

SPINDLE IFNO:=B#16#5

FEEDHOLD:=B21.DBX6.0

SPINDLEHOLD:=DB3X.DBX4.3

4.2 控制方式

圖2 數(shù)控車床程序T形圖（部分）

操作方式主要有AUTOMAIC(自動(dòng))、JOG(手動(dòng))、TEACH IN(交互式程序編制)、MDA(手動(dòng)過程數(shù)據(jù)輸入)。可根據(jù)用戶程序進(jìn)行輪廓的沖突檢測(cè)、刀具半徑補(bǔ)償?shù)慕咏屯顺黾敖稽c(diǎn)計(jì)算、刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償、螺距誤差補(bǔ)償和測(cè)量系統(tǒng)誤差補(bǔ)償、反向間隙補(bǔ)償、過象限誤差補(bǔ)償?shù)?。安全保護(hù)功能數(shù)控系統(tǒng)可通過預(yù)先設(shè)置軟極限開關(guān)的方法，進(jìn)行工作區(qū)域的限制，當(dāng)超程時(shí)可以觸發(fā)程序進(jìn)行減速，對(duì)主軸的運(yùn)行還可以進(jìn)行監(jiān)控。NC編程符合DIN66025標(biāo)準(zhǔn)，具有高級(jí)語言編程特色的程序編輯器，可進(jìn)行公制、英制尺寸或混和尺寸的編程，程序編程與加工可同時(shí)進(jìn)行，系統(tǒng)具備1.5兆字節(jié)的用戶內(nèi)存，用于零件程序、刀具偏置和補(bǔ)償?shù)拇鎯?chǔ)。此外，2個(gè)通用接口RS-232可使主機(jī)與外設(shè)進(jìn)行通信，用戶還可通過磁盤驅(qū)動(dòng)器接口和打印機(jī)并行接口完成程序存儲(chǔ)、讀入及打印工作。數(shù)據(jù)通信部分 840D系統(tǒng)配有RS232/TTY通用操作員接口，加工過程中可同時(shí)通過通用接口進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入/輸出。此外，用PCIN軟件還可以進(jìn)行串行數(shù)據(jù)通訊，通過RS-232接口可方便地使840D與西門子編程器或普通的個(gè)人電腦連接起來，進(jìn)行加工程序、PLC程序、加工參數(shù)等各種信息的雙向通訊。

4.3 程序T形圖

數(shù)控車床程序T形圖見圖2 所示。

5 結(jié)束語

改造后的機(jī)床車削精度高，可靠性好，抗干擾能力強(qiáng)，操作方便。通過修改R參數(shù)及NC程序，其插補(bǔ)功能有樣條插補(bǔ)、三階多項(xiàng)式插補(bǔ)、控制值互聯(lián)和曲線表插補(bǔ)，這些功能為加工各類曲線曲面類零件提供了便利條件。此外還具備進(jìn)給軸和主軸同步操作的功能，從而降低了成本，具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。可以預(yù)見，840D數(shù)控系統(tǒng)在機(jī)床改造領(lǐng)域的應(yīng)用將越來越廣泛，越來越完美。