摘要：數控機床與傳統機床相比具有精度高，效率高的特點。但目前國內小型企業仍以普通機床為主，制約了小型企業的發展。未解決上述問題利用現代先進數控技術對舊的設備進行改造和提升，以最少的投入來滿足現代化加工的需求，成為近幾年機床改造的發展方向。本文以C616普通車床的數控化改造為例，介紹以西門子802S為數控系統的電氣化改造方案。
關鍵詞：西門子802S數控系統；控制電路
1、 802S數控系統的基本功能與方案配置
德國西門子公司生產的802S數控系統是一種專門針對中國市場開發的經濟型機床數控系統。它采用32位的微處理器(AM486DE2)、集成PLC，分離式小尺寸操作面板、液晶顯示器和機床控制面板。802S可以控制2～3個步進電機驅動的進給軸和一個主軸。802S數控系統的基本功能如下：線性插補軸最多3軸(開環)；一個變頻器驅動的主軸，具有主軸編碼器反饋接口；PLC模塊具有16個輸入點和16個輸出點，經擴展可以達到64個輸入點和64個輸出點；支持中/英文轉換；螺距補償和間隙補償；具有RS232C串行接口，可以與計算機通信；具有故障報警信息顯示和診斷數據顯示；支持車削循環和銑削循環；刀具補償功能；螺旋插補功能；用戶程序存儲器256K；可以擴展兩個電子手輪；通過特定的參數設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，含顯示和操作面板；根據X軸的進給功率要求，通過計算，選擇9Nm的步進電機；根據z軸的進給功率要求，通過計算，選擇12Nm的步進電機；X軸和Z軸驅動器，選用SETPDVEC型驅動器；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的系統電源隔離變壓器；系統電源采用24V/4.5A電源；主電機仍采用原來舊機床的電機。
2、 控制電路設計
2.1主軸電路
（1）802S數控系統的主軸速度模擬量控制電壓西門子802S數控系統的主軸速度模擬量控制電壓為：DC-10V～+10V。其中0～+10V為主軸正轉速度控制(執行M3指令)，0～-10V為主軸反轉速度控制(執行M4指令)。而變頻器的速度控制電壓為0～+10V，其正/ 反轉由變頻器的I/O端口輸入的狀態控制。如果直接把數控系統的速度控制模擬電壓輸出端直接與變頻器連接，將導致變頻器不能識別反轉控制電壓而不能實現反轉。電路KAl、KA2用于控制變頻器的正反轉，KA3用于對速度控制電壓的極性進行轉換，保證變頻器的速度控制電壓在反轉時也為0-+10V。
（2）變頻器故障報警輸出
變頻器的故障報警輸出作為系統的報警輸入，如果主軸出現過流、短路、過熱等故障時均可及時停止系統的運行，并發出報警信號。
2.2軸限位與參考點返回電路
（1）軸的限位輸入端設置為負邏輯
采用負邏輯控制：使用限位行程開關的常閉觸點，當限位開關沒有壓下時I/O點與24V接通，當限位開關被壓下I/O點與24V斷開，機床限位。這種接法消除因線路開路而產生限位失靈現象，提高了限位電路的可靠性。限位輸入端采用負邏輯需對系統的相關參數進行修改。采用負邏輯輸入的方法，這樣有利于提高數控機床的可靠性和安全性。本次數控改造使用的數控系統為西門子802S數控系統，實現負邏輯輸入要軟件、硬件兩方面配合才能實現。
a.硬件連接
圖2.1負邏輯輸入
圖2.1所示的是負邏輯輸入的連接方法，信號輸入使用行程開關的常閉觸點。在正常情況下SQl是閉合的，該輸入點的邏輯值為“1”，當SQl被壓下斷開時輸入點邏輯值為“0”。這時要求通過數控系統的參數設置或修改PLC程序把該點邏輯值“1”設定為無效狀態，而邏輯值“0”設定為有效狀態。如果從+24V端子到PLC的輸入點之問的線路出現開路或接觸不良時，該點被認為有效，機床會立即報警，必須在電路連接良好的情況下機床才能正常運行。這種方法排除了因限位電路開路而造成故障的可能性，機床的安全性得到提高。
b.軟件設置
負邏輯需要把邏輯“1”改為無效狀態而邏輯“0”為有效狀態，是通過在西門子SINUMERIK802S數控系統中改變參數實現的。
（2）參考點返回采用雙開關方式
用行程開關做參考點返回減速開關，用接近開關作為參考點檢測開關。在各軸返回參考點時，先高速運動到參考點返回減速開關，將其壓下后反向慢速逼近參考點，到參考點檢測開關后完成參考點返回。由于這種方法使各軸在達到參考點前速度較低(可通過參數設定改變)，所以精度較高并且可以消除絲杠的反向間隙。
2.3 電動刀架控制電路
電動刀架的刀位檢測霍爾元件為輸出電路為集電極開路輸出方式，不能與數控系統直接相連，需要在各刀位檢測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驅動器與步進電機的連接線路
驅動器與步進電機的連接電纜采用數控系統配置的專用動力電纜。為保證步進電機的相序準確，必須按照系統說明書的要求連接，否則步進電機不能正常運轉。
2.5系統接地電路
接地包括系統電源接地和步進電機驅動系統接地。分別如圖2.3、2.4所示。
圖2.3 系統電源接地
圖2.4 步進電機驅動系統接地
良好合理的接地是系統可靠工作的重要保證。為提高系統抗干擾能力各須接地的設備均通過10mm2的接地線直接與接地排相連，地線排再通過16mm2的接地線與電源系統的地線相連接。這種接地方法可以抑制各設備間的共態干擾。
2.6機床參數設置及控制元件
機床參數的設置應根據設計電路情況、802S系統的操作說明書以及C616機床的基本參數進行設置。針對C616普通車床的改造共用到如下元件：802S數控系統含有主機操作面板驅動單元、步進電機（X軸9Nm，Z軸12Nm）；航空插件；繼電器；空氣開關；接觸器；起停按鈕；急停開關；小按鈕；三相吸收器；變壓器（用于步進驅動器電源和照明）；導線；電纜；風扇（用于強電柜散熱/操作柜散熱）；熱縮管；線號管；電源指示燈；蜂鳴器；線槽和卡軌。
結論
本文對C616普通車床進行基于西門子802S數控系統的數控化改造，設計了其中主軸電路、刀架控制電路等部分。對完成改造后的機床進行安裝、調試，其性能滿足用戶使用要求。
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