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      摘要：數(shù)控機(jī)床與傳統(tǒng)機(jī)床相比具有精度高，效率高的特點(diǎn)。但目前國(guó)內(nèi)小型企業(yè)仍以普通機(jī)床為主，制約了小型企業(yè)的發(fā)展。未解決上述問(wèn)題利用現(xiàn)代先進(jìn)數(shù)控技術(shù)對(duì)舊的設(shè)備進(jìn)行改造和提升，以最少的投入來(lái)滿足現(xiàn)代化加工的需求，成為近幾年機(jī)床改造的發(fā)展方向。本文以C616普通車床的數(shù)控化改造為例，介紹以西門子802S為數(shù)控系統(tǒng)的電氣化改造方案。
 
     關(guān)鍵詞：西門子802S數(shù)控系統(tǒng)；控制電路
 
     1、 802S數(shù)控系統(tǒng)的基本功能與方案配置
 
     德國(guó)西門子公司生產(chǎn)的802S數(shù)控系統(tǒng)是一種專門針對(duì)中國(guó)市場(chǎng)開(kāi)發(fā)的經(jīng)濟(jì)型機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)。它采用32位的微處理器(AM486DE2)、集成PLC，分離式小尺寸操作面板、液晶顯示器和機(jī)床控制面板。802S可以控制2～3個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的進(jìn)給軸和一個(gè)主軸。802S數(shù)控系統(tǒng)的基本功能如下：線性插補(bǔ)軸最多3軸(開(kāi)環(huán))；一個(gè)變頻器驅(qū)動(dòng)的主軸，具有主軸編碼器反饋接口；PLC模塊具有16個(gè)輸入點(diǎn)和16個(gè)輸出點(diǎn)，經(jīng)擴(kuò)展可以達(dá)到64個(gè)輸入點(diǎn)和64個(gè)輸出點(diǎn)；支持中/英文轉(zhuǎn)換；螺距補(bǔ)償和間隙補(bǔ)償；具有RS232C串行接口，可以與計(jì)算機(jī)通信；具有故障報(bào)警信息顯示和診斷數(shù)據(jù)顯示；支持車削循環(huán)和銑削循環(huán)；刀具補(bǔ)償功能；螺旋插補(bǔ)功能；用戶程序存儲(chǔ)器256K；可以擴(kuò)展兩個(gè)電子手輪；通過(guò)特定的參數(shù)設(shè)置可以獲得示教功能。
 
      本文C616改造方案中的配置為：選用802S NC系統(tǒng)，含顯示和操作面板；根據(jù)X軸的進(jìn)給功率要求，通過(guò)計(jì)算，選擇9Nm的步進(jìn)電機(jī)；根據(jù)z軸的進(jìn)給功率要求，通過(guò)計(jì)算，選擇12Nm的步進(jìn)電機(jī)；X軸和Z軸驅(qū)動(dòng)器，選用SETPDVEC型驅(qū)動(dòng)器；主軸變頻器采用ATV-28HU90N4變頻器；主軸編碼器采用1024線變頻器；采用lOOVA的系統(tǒng)電源隔離變壓器；系統(tǒng)電源采用24V/4.5A電源；主電機(jī)仍采用原來(lái)舊機(jī)床的電機(jī)。
 
      2、 控制電路設(shè)計(jì)
 
      2.1主軸電路
 
     （1）802S數(shù)控系統(tǒng)的主軸速度模擬量控制電壓西門子802S數(shù)控系統(tǒng)的主軸速度模擬量控制電壓為：DC-10V～+10V。其中0～+10V為主軸正轉(zhuǎn)速度控制(執(zhí)行M3指令)，0～-10V為主軸反轉(zhuǎn)速度控制(執(zhí)行M4指令)。而變頻器的速度控制電壓為0～+10V，其正/ 反轉(zhuǎn)由變頻器的I/O端口輸入的狀態(tài)控制。如果直接把數(shù)控系統(tǒng)的速度控制模擬電壓輸出端直接與變頻器連接，將導(dǎo)致變頻器不能識(shí)別反轉(zhuǎn)控制電壓而不能實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)。電路KAl、KA2用于控制變頻器的正反轉(zhuǎn)，KA3用于對(duì)速度控制電壓的極性進(jìn)行轉(zhuǎn)換，保證變頻器的速度控制電壓在反轉(zhuǎn)時(shí)也為0-+10V。
 
     （2）變頻器故障報(bào)警輸出
 
     變頻器的故障報(bào)警輸出作為系統(tǒng)的報(bào)警輸入，如果主軸出現(xiàn)過(guò)流、短路、過(guò)熱等故障時(shí)均可及時(shí)停止系統(tǒng)的運(yùn)行，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
 
     2.2軸限位與參考點(diǎn)返回電路
 
    （1）軸的限位輸入端設(shè)置為負(fù)邏輯
 
     采用負(fù)邏輯控制：使用限位行程開(kāi)關(guān)的常閉觸點(diǎn)，當(dāng)限位開(kāi)關(guān)沒(méi)有壓下時(shí)I/O點(diǎn)與24V接通，當(dāng)限位開(kāi)關(guān)被壓下I/O點(diǎn)與24V斷開(kāi)，機(jī)床限位。這種接法消除因線路開(kāi)路而產(chǎn)生限位失靈現(xiàn)象，提高了限位電路的可靠性。限位輸入端采用負(fù)邏輯需對(duì)系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行修改。采用負(fù)邏輯輸入的方法，這樣有利于提高數(shù)控機(jī)床的可靠性和安全性。本次數(shù)控改造使用的數(shù)控系統(tǒng)為西門子802S數(shù)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)負(fù)邏輯輸入要軟件、硬件兩方面配合才能實(shí)現(xiàn)。
 
     a.硬件連接

                      圖2.1負(fù)邏輯輸入
     
     圖2.1所示的是負(fù)邏輯輸入的連接方法，信號(hào)輸入使用行程開(kāi)關(guān)的常閉觸點(diǎn)。在正常情況下SQl是閉合的，該輸入點(diǎn)的邏輯值為“1”，當(dāng)SQl被壓下斷開(kāi)時(shí)輸入點(diǎn)邏輯值為“0”。這時(shí)要求通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置或修改PLC程序把該點(diǎn)邏輯值“1”設(shè)定為無(wú)效狀態(tài)，而邏輯值“0”設(shè)定為有效狀態(tài)。如果從+24V端子到PLC的輸入點(diǎn)之問(wèn)的線路出現(xiàn)開(kāi)路或接觸不良時(shí)，該點(diǎn)被認(rèn)為有效，機(jī)床會(huì)立即報(bào)警，必須在電路連接良好的情況下機(jī)床才能正常運(yùn)行。這種方法排除了因限位電路開(kāi)路而造成故障的可能性，機(jī)床的安全性得到提高。
 
     b.軟件設(shè)置
   
     負(fù)邏輯需要把邏輯“1”改為無(wú)效狀態(tài)而邏輯“0”為有效狀態(tài)，是通過(guò)在西門子SINUMERIK802S數(shù)控系統(tǒng)中改變參數(shù)實(shí)現(xiàn)的。
 
    （2）參考點(diǎn)返回采用雙開(kāi)關(guān)方式
 
     用行程開(kāi)關(guān)做參考點(diǎn)返回減速開(kāi)關(guān)，用接近開(kāi)關(guān)作為參考點(diǎn)檢測(cè)開(kāi)關(guān)。在各軸返回參考點(diǎn)時(shí)，先高速運(yùn)動(dòng)到參考點(diǎn)返回減速開(kāi)關(guān)，將其壓下后反向慢速逼近參考點(diǎn)，到參考點(diǎn)檢測(cè)開(kāi)關(guān)后完成參考點(diǎn)返回。由于這種方法使各軸在達(dá)到參考點(diǎn)前速度較低(可通過(guò)參數(shù)設(shè)定改變)，所以精度較高并且可以消除絲杠的反向間隙。
 
     2.3  電動(dòng)刀架控制電路
 
    電動(dòng)刀架的刀位檢測(cè)霍爾元件為輸出電路為集電極開(kāi)路輸出方式，不能與數(shù)控系統(tǒng)直接相連，需要在各刀位檢測(cè)電路輸出端添加集電極上拉電阻。如圖2.2所示。
   

    
  
                  圖2.2刀架電路
       
    2.4驅(qū)動(dòng)器與步進(jìn)電機(jī)的連接線路
   
    驅(qū)動(dòng)器與步進(jìn)電機(jī)的連接電纜采用數(shù)控系統(tǒng)配置的專用動(dòng)力電纜。為保證步進(jìn)電機(jī)的相序準(zhǔn)確，必須按照系統(tǒng)說(shuō)明書的要求連接，否則步進(jìn)電機(jī)不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
 
     2.5系統(tǒng)接地電路
   
    接地包括系統(tǒng)電源接地和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)接地。分別如圖2.3、2.4所示。

                   圖2.3 系統(tǒng)電源接地

                 圖2.4 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)接地
   
    良好合理的接地是系統(tǒng)可靠工作的重要保證。為提高系統(tǒng)抗干擾能力各須接地的設(shè)備均通過(guò)10mm2的接地線直接與接地排相連，地線排再通過(guò)16mm2的接地線與電源系統(tǒng)的地線相連接。這種接地方法可以抑制各設(shè)備間的共態(tài)干擾。
 
     2.6機(jī)床參數(shù)設(shè)置及控制元件
   
     機(jī)床參數(shù)的設(shè)置應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)電路情況、802S系統(tǒng)的操作說(shuō)明書以及C616機(jī)床的基本參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。針對(duì)C616普通車床的改造共用到如下元件：802S數(shù)控系統(tǒng)含有主機(jī)操作面板驅(qū)動(dòng)單元、步進(jìn)電機(jī)（X軸9Nm，Z軸12Nm）；航空插件；繼電器；空氣開(kāi)關(guān)；接觸器；起停按鈕；急停開(kāi)關(guān)；小按鈕；三相吸收器；變壓器（用于步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器電源和照明）；導(dǎo)線；電纜；風(fēng)扇（用于強(qiáng)電柜散熱/操作柜散熱）；熱縮管；線號(hào)管；電源指示燈；蜂鳴器；線槽和卡軌。
 
     結(jié)論
 
     本文對(duì)C616普通車床進(jìn)行基于西門子802S數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控化改造，設(shè)計(jì)了其中主軸電路、刀架控制電路等部分。對(duì)完成改造后的機(jī)床進(jìn)行安裝、調(diào)試，其性能滿足用戶使用要求。