西門(mén)子828D系統(tǒng)在ELB磨床上的應(yīng)用

馮豪

摘 要：通過(guò)對(duì)機(jī)床全部或局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行升級(jí)改造，提高機(jī)床的加工精度和速度，增強(qiáng)數(shù)控系統(tǒng)的功能，解決了數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)落后，故障率高等問(wèn)題，使老機(jī)床煥發(fā)生機(jī)。本文以西門(mén)子828D數(shù)控系統(tǒng)為研究對(duì)象，進(jìn)行系統(tǒng)升級(jí)改造，對(duì)于加工企業(yè)以較低成本來(lái)升級(jí)改造早期數(shù)控機(jī)床具有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：控制系統(tǒng)改造；西門(mén)子828D；ELB磨床

一般一臺(tái)數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)在使用15年左右就進(jìn)入產(chǎn)品老化期，故障開(kāi)始顯著增加，所需備件越來(lái)越難于及時(shí)供應(yīng)且價(jià)格較高。對(duì)使用老數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床，一般可用同類(lèi)型的新的數(shù)控系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行改造，不但可以大大降低故障率，免去備件供應(yīng)的后顧之憂(yōu)，而且由于新系統(tǒng)具有的一些新功能，如中文界面，網(wǎng)絡(luò)接口，遠(yuǎn)程診斷等，可以使老機(jī)床經(jīng)改造之后上一個(gè)檔次。本文對(duì)ELB蠕動(dòng)磨床進(jìn)行了全面的系統(tǒng)和電氣的升級(jí)改造，改造后的機(jī)床性能穩(wěn)定，可靠性和加工效率高，能廣泛滿(mǎn)足各種加工需求。

1 改造總體技術(shù)方案的確定

這臺(tái)ELB早期的數(shù)控蠕動(dòng)磨床采用的是ELB公司自己開(kāi)發(fā)的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)專(zhuān)用性比較強(qiáng)，所以應(yīng)用范圍比較窄，加之年代久遠(yuǎn)，備品備件已經(jīng)沒(méi)有了，系統(tǒng)穩(wěn)定性越來(lái)越差，故障率高，維修成本也很高，加工效率低。但是機(jī)床本體為大理石材質(zhì)，受環(huán)境影響小，所以加工精度高，綜上所述決定對(duì)其進(jìn)行控制系統(tǒng)及電路的升級(jí)改造。

此次機(jī)床改造的總體技術(shù)方案如下：

（1）將原有的專(zhuān)用的控制系統(tǒng)更換為先進(jìn)的西門(mén)子828D磨床專(zhuān)用系統(tǒng)，提高機(jī)床系統(tǒng)的穩(wěn)定性；

（2）將原進(jìn)給軸電機(jī)交流跟換為新的交流伺服電機(jī)，跟換新的伺服驅(qū)動(dòng)器；

（3）保留原機(jī)床的伺服主軸電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器，使得原機(jī)床磨頭的平衡性和砂輪精度得到保障，使用828D系統(tǒng)的模擬給定控制主軸，提高了主軸的控制水平和精度；

（4）重新設(shè)計(jì)電控系統(tǒng)和電氣柜，滿(mǎn)足新裝系統(tǒng)的控制要求；

（5）設(shè)計(jì)和制作新伺服電機(jī)的法蘭連接，對(duì)需要進(jìn)行改造的減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)和加工制造；

（6）增加機(jī)床手持單元，方便操作工加工對(duì)刀，完善機(jī)床外觀設(shè)計(jì)。

2 機(jī)床改造的設(shè)計(jì)與實(shí)施

2.1 數(shù)控系統(tǒng)的選型

基于面板的西門(mén)子SINUMERIK 828D是一款緊湊型數(shù)控系統(tǒng)，集CNC、PLC、操作界面以及軸控制功能于一體，通過(guò)DriveCLiQ總線(xiàn)與全數(shù)字驅(qū)動(dòng)SINAMICS S120實(shí)現(xiàn)高速可靠通訊，PLC I/O模塊通過(guò)PROFINET連接，豐富、靈活的工件編程方法使它可以自如地應(yīng)用于世界各地的各種加工場(chǎng)合。經(jīng)過(guò)綜合性能、可靠性以及經(jīng)濟(jì)因素等方面的考慮，最終選擇該系統(tǒng)作為此次改造的控制系統(tǒng)。

2.2 數(shù)控機(jī)床電氣控制設(shè)計(jì)

數(shù)控機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)包括CNC系統(tǒng)連接、進(jìn)給驅(qū)動(dòng)的連接、 系統(tǒng)輸入輸出信號(hào)的連接設(shè)計(jì)、電源電路、繼電器控制電路等五大部分。機(jī)床外圍的I＼O控制點(diǎn)根據(jù)系統(tǒng)的要求進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，保證原有機(jī)床I＼O信號(hào)全部接入到系統(tǒng)中，在設(shè)計(jì)時(shí)需注意急停信號(hào)鏈和超程解除信號(hào)鏈為多個(gè)元件組成的關(guān)聯(lián)信號(hào)，需進(jìn)行相關(guān)的外圍電路設(shè)計(jì)。

2.2.1 西門(mén)子 SINUMERIK 828D數(shù)控系統(tǒng)的連接

SINUMERIK 828D是集CNC、PLC、操作界面以及軸控制功能于一體，通過(guò)DriveCLiQ總線(xiàn)與全數(shù)字驅(qū)動(dòng)SINAMICS S120實(shí)現(xiàn)高速可靠通訊。

2.2.2 西門(mén)子Sinamics S120書(shū)本型進(jìn)給系統(tǒng)的連接

書(shū)本型驅(qū)動(dòng)器由進(jìn)線(xiàn)電源模塊和電機(jī)模塊組成。進(jìn)線(xiàn)電源模塊的作用是將380V三相交流電源變?yōu)?00V直流電源，為電機(jī)模塊供電。進(jìn)線(xiàn)電源模塊分為調(diào)節(jié)型和非調(diào)節(jié)型兩種，本次改造用的是非調(diào)節(jié)型的電源模塊SLM。

2.2.3 系統(tǒng)的I＼O信號(hào)電路設(shè)計(jì)

西門(mén)子828D系統(tǒng)的輸入輸出模塊是PP72/48D PN，它是一種基于PROFINET網(wǎng)絡(luò)通訊的電器元件，可提供72個(gè)數(shù)字輸入48個(gè)數(shù)字輸出。第一塊PP72/48D PN（總線(xiàn)地址：192.168.214.9）輸入輸出信號(hào)的邏輯地址和接口端子號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系和輸入輸出的按標(biāo)準(zhǔn)方式接線(xiàn)。

2.3 主軸電路設(shè)計(jì)

由于該磨床主軸為伺服電機(jī)和砂輪軸一體化設(shè)計(jì)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，正因?yàn)镋LB公司獨(dú)特的設(shè)計(jì)，主軸在磨削過(guò)程中的動(dòng)平衡性能特別好，在改造之初的技術(shù)方案的制定中就講主軸整體設(shè)計(jì)保留下來(lái)，通過(guò)828D系統(tǒng)的PPU給出±10V模擬電壓與PLC邏輯結(jié)合控制主軸的旋轉(zhuǎn)。

2.4 機(jī)床控制系統(tǒng)PLC程序的編制和調(diào)試

2.4.1 PLC程序的編制

PLC程序原則要完全保證原機(jī)床的所有功能的前提下進(jìn)行編制，在此基礎(chǔ)上增加和開(kāi)發(fā)新的功能，PLC程序編寫(xiě)要簡(jiǎn)單明了，程序中用到的信號(hào)都必須有注釋說(shuō)明，方便維修人員診斷故障和閱讀理解。程序要嚴(yán)格按照西門(mén)子PLC接口信號(hào)進(jìn)行編寫(xiě)，用西門(mén)子專(zhuān)用的軟件進(jìn)行PLC程序編制，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)口和電纜下載到828D的PPU中，然后運(yùn)行程序，調(diào)試機(jī)床動(dòng)作和功能，完成程序編制。

2.4.2 系統(tǒng)的初始設(shè)定和參數(shù)調(diào)試

a.在系統(tǒng)啟動(dòng)菜單中選擇“裝載NCK出廠設(shè)置”，恢復(fù)所有的出廠設(shè)置數(shù)據(jù)；

b.將存儲(chǔ)級(jí)別設(shè)定為制造商級(jí)別；

c.修改系統(tǒng)的日期、時(shí)間和語(yǔ)言；

d.設(shè)定外設(shè)模塊的地址，進(jìn)行輸入輸出信號(hào)的地址分配；

e.將編制好的PLC程序下載到系統(tǒng)中；

f.進(jìn)行全數(shù)字驅(qū)動(dòng)SINAMICS S120的調(diào)試；

g.828D系統(tǒng)的調(diào)試，按照機(jī)床的實(shí)際情況設(shè)定31030，31050，31060，32100，32000，32010，32020，35110，34010等參數(shù)。

3 總結(jié)

在對(duì)機(jī)床硬件安裝、連線(xiàn)和系統(tǒng)調(diào)試完畢后，要先進(jìn)行機(jī)床主軸、進(jìn)給軸各個(gè)部分的功能測(cè)試，然后進(jìn)行整機(jī)聯(lián)調(diào)及加工精度檢測(cè)，保證機(jī)床加工產(chǎn)品的效率和穩(wěn)定性。通過(guò)此次升級(jí)改造是舊設(shè)備得到了進(jìn)一步的使用價(jià)值，而且新的控制系統(tǒng)功能強(qiáng)大、操作方便、性能穩(wěn)定可靠，能適應(yīng)更廣泛的加工要求，最總要的一點(diǎn)是節(jié)約了購(gòu)置同樣配置新設(shè)備的費(fèi)用，也為公司殘值較高的舊設(shè)備再利用提供了一個(gè)思路。

參考文獻(xiàn)：

[1]ELB磨床使用說(shuō)明書(shū).

[2]西門(mén)子SINUMERIK 828D/828D BASIC 簡(jiǎn)明調(diào)試手冊(cè).