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      摘要: 針對某公司MZ2015 自動磨床數(shù)控化改造的需求，選用西門子828D 數(shù)控系統(tǒng)，伺服驅(qū)動系統(tǒng)采用與西門子828D 配套的S120 伺服驅(qū)動單元及1FK7 交流伺服電動機，機床外圍I /O 控制采用西門子S7 －200PLC 模塊控制，編寫CNC 加工程序，實現(xiàn)了數(shù)控系統(tǒng)的改造。

      關(guān)鍵詞: MZ2015 磨床; CNC 改造; 西門子828D

      MZ2015 自動磨床是某廠軸承加工廣泛使用的設(shè)備，用于軸承套圈內(nèi)圓磨削，由于該機床的早期電氣系統(tǒng)采用的是繼電器接觸器控制，電氣元件較多，導(dǎo)致可靠性差，電氣故障頻繁。且機床使用時間較長，以致系統(tǒng)老化，工作不穩(wěn)定，工件精度得不到保障，故采用西門子828D 數(shù)控系統(tǒng)對其進行系統(tǒng)改造，使其工作穩(wěn)定，滿足使用要求。

      1、 方案設(shè)計

     針對MZ2015 磨床進行數(shù)控化改造的主要方案是: 磨床的機械部分和液壓系統(tǒng)基本保持不變，因MZ2015 磨床的電氣控制部分與數(shù)控機床電氣控制部分不相同，在實行數(shù)控化改造時拆除所有原氣控制部分。選用西門子828D數(shù)控系統(tǒng)來代替機床原有的繼電器控制系統(tǒng)。主軸電動機采用三相交流電動機取代原來的直流調(diào)速系統(tǒng)，配以與之配套使用的臺達VDF系列變頻器，可實現(xiàn)無級調(diào)速。伺服驅(qū)動系統(tǒng)采用與西門子828D 配套的S120 伺服驅(qū)動單元及1FK7 交流伺服電動機，由交流伺服電動機來控制拖板部分，由于伺服電動機內(nèi)配有編碼器，X 軸、Z 軸可構(gòu)成半閉環(huán)控制，從而提高了控制精度。機床外圍I /O 控制采用西門子S7 － 200PLC 模塊控制，并重新編寫PLC 程序，取代原有的繼電器接觸器控制。

      2、 系統(tǒng)設(shè)計

     MZ2015 自動磨床的功能是對同步器錐環(huán)內(nèi)錐面進行磨削，主要有砂輪架的橫向往復(fù)運動、縱向移動共兩個伺服驅(qū)動模塊，西門子的新數(shù)控系統(tǒng)功能強大，售后有保障，且能滿足用戶自由地配備模塊的需求。又由于公司其它車間的機床多采用西門子數(shù)控系統(tǒng)，在安裝調(diào)試方面積累了比較豐富的經(jīng)驗。故采用西門子828D 數(shù)控系統(tǒng)來實施改造。系統(tǒng)硬件連接圖如圖1 所示。

   
     SIMMEＲIK 828D 數(shù)控系統(tǒng)是將CNC、PLC、HMI 和通訊任務(wù)集成于一個單一部件，由幾大部分組成: 驅(qū)動系統(tǒng)電源，伺服電動機控制，數(shù)控系統(tǒng)，輸入輸出模塊，控制面板( MCP) ，機床側(cè)電氣接線端子，手輪，編碼器。SINAMICS S120 作為西門子SINAMICS 驅(qū)動系列之一，可以提供高性能的單軸和雙軸驅(qū)動，模塊化的設(shè)計可以滿足應(yīng)用中日益增長的對驅(qū)動系統(tǒng)軸數(shù)量和性能的要求。SINAMIC S120 是集V/F 控制、矢量控制、伺服控制為一體的多軸驅(qū)動系統(tǒng)具有模塊化的設(shè)計。

    各模塊間( 包括控制單元模塊、整流、回饋模塊、電動機模塊、傳感器模塊和電動機編碼器) 通過高速驅(qū)動接口DＲIVE － CLIQ 相互連接。1FK7 電動機是永磁式同步電動機，與SINAMICS120 配套使用，分為“緊湊型”、“高動態(tài)型”和“高慣性型”等型號。該伺服電動機具有電子銘牌，系統(tǒng)可以自動識別所配置的驅(qū)動系統(tǒng)。具有更高的控制精度和動態(tài)特性，更高的可靠性。同時，這些自冷卻式電動機的特點是具有優(yōu)異的過載能力，結(jié)構(gòu)堅固而緊湊。它們通過可旋轉(zhuǎn)的連接器與預(yù)組裝電纜進行連接，可靈活、快速和安全地與變頻器相連。SINAMICS S120 驅(qū)動連接示意圖，如圖2 所示。

     SLM 沒有DＲIVE CLiQ 接口，由828D X100 接口引出的驅(qū)動控制電纜DＲIVE CLIQ 連接到第一臺電動機模塊的X200 接口，由電動機模塊的X201 連接到下一臺相鄰的電動機模塊的X200，按此規(guī)律連接所有電動機模塊。并且保證功率大的電動機模塊應(yīng)與電源模塊相鄰放置。X202、X203 為電動機編碼器反饋信號。

     3 、程序設(shè)計

     改造后磨床為數(shù)控磨床，根據(jù)工件加工工藝流程編寫CNC 加工程序，經(jīng)數(shù)控系統(tǒng)編碼譯碼后再經(jīng)各類驅(qū)動器有序地控制各軸和輔助裝置的動作，完成對內(nèi)錐面的磨削加工。磨床加工流程圖如圖3 所示。

     主程序即為磨削程序，工件在夾具的固定下，隨主軸電動機的旋轉(zhuǎn)做圓周進給運動。首先對內(nèi)錐面進行粗磨加工，粗磨加工完成后砂輪表面的磨粒變鈍且有很多磨屑附著在上面，不符合精磨加工要求的磨削精度和表面粗糙度。所以在粗磨加工完成后，對砂輪進行一次修整，讓后一次進行精磨加工和光磨加工。

     G04 程序中斷功能是828D 數(shù)控系統(tǒng)中專用通道機床信號，其功能是在AUTOMATIK 和MDA 運行方式下，禁止下一個程序段傳送到插補器中，其作用是使機床在執(zhí)行某些輔助動作時，禁止NC( Numerical Contol)程序繼續(xù)執(zhí)行，當(dāng)輔助結(jié)束之后，才繼續(xù)執(zhí)行下一個NC 程序段，合理使用禁止讀入功能能夠極大地提高機床的安全性和降低功能部件因誤動作而造成的損傷。本程序G04 指令用于完成對錐環(huán)內(nèi)錐面的光磨加工，消除由于進刀時產(chǎn)生的彈性變形而導(dǎo)致的讓刀量，可較好地保證工件的精度和直線度。

     4 、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置

     4． 1 總線配置

    SINUMEＲIK 828D 是通過現(xiàn)場總線profibus 對外設(shè)模塊( 如驅(qū)動器和輸入輸出模塊等) ，profibus 的配置是通過通用參數(shù)MD11240 來確定的。

     4． 2 驅(qū)動器模塊定位

     數(shù)控系統(tǒng)與驅(qū)動器之間通過總線連接，系統(tǒng)根據(jù)下列參數(shù)與驅(qū)動器建立物理聯(lián)系。

     對于配置非調(diào)節(jié)電源模塊SLM 的系統(tǒng)，由828D驅(qū)動接口X100 連接到的第一臺電動機模塊的軸號為1，且以此類推。

     4． 3 位置控制使能
 

    系統(tǒng)出廠設(shè)定各軸均為仿真軸，系統(tǒng)既不產(chǎn)生指令輸出給驅(qū)動器，也不讀電動機的位置信號。按設(shè)定參數(shù)可激活該軸的位置控制器，使坐標(biāo)軸進入正常工作狀態(tài)。

     5 、結(jié)語

     針對普通機床存在的效率低、設(shè)備陳舊、故障頻繁、精度差等問題，對普通機床進行數(shù)控化改造是提高生產(chǎn)效率和自動化程度的重要手段。本課題提出了采用西門子828D 數(shù)控系統(tǒng)來改造同步器錐環(huán)磨床的方案，主要完成了MZ2015 磨床改造中的數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動系統(tǒng)的選型與配置; 詳細(xì)地設(shè)計了系統(tǒng)的整體連接和各部分接口連接; 闡述了828D 數(shù)控系統(tǒng)常用參數(shù)，主軸相關(guān)參數(shù)，伺服相關(guān)參數(shù)的設(shè)定。最后，根據(jù)實際加工需要設(shè)計了同步器錐環(huán)的CNC 加工程序。改造后的磨床運轉(zhuǎn)可靠，達到了改造目標(biāo)，產(chǎn)生了經(jīng)濟效益。