1引言： 　　C61160是我廠60年代初引進的具有數(shù)顯功能的大型臥式車床，主要用于對汽輪機轉(zhuǎn)子零部件進行粗加工。由于電力電子器件的飛速發(fā)展和技術(shù)的不斷更新，該設(shè)備不能適應(yīng)工廠產(chǎn)品系列化、快速化發(fā)展的戰(zhàn)略目標。其具體表現(xiàn)為：原有設(shè)備采用的是繼電器邏輯控制，線路老化嚴重，故障頻繁；且許多主要電器元件現(xiàn)已經(jīng)淘汰，備件購買困難而且周期長，不易維護；手動人為操作，不能實現(xiàn)加工程序控制的運行實現(xiàn)資源的共享目標。因此，為了合理整合利用工廠資源，實現(xiàn)我廠裝備數(shù)字化發(fā)展的目標，經(jīng)論證提出了對該臥式車床進行全面的電氣和機械改造。以適應(yīng)核電轉(zhuǎn)子的發(fā)展 　　2機床的結(jié)構(gòu)和特點 　　C61160由床頭箱、刀架、尾座、閉式中心架構(gòu)成機床的主體。冷卻裝置、液壓裝置、油溫控制等作為機床的輔助設(shè)備。 　　改造前該設(shè)備采用的是繼電器控制方式：主軸的變速通過機械換檔實現(xiàn)；刀架由大拖板、中拖板、小拖板構(gòu)成，大拖板的運動可以通過大拖板電機和主軸帶動光桿兩種方式實現(xiàn)，中拖板的運動是通過中拖板電機實現(xiàn)的，小拖板是通過機械齒輪手動旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)，刀架位置檢測是通過安裝數(shù)顯表確定。尾座和頂針的運動分別有兩個電機拖動。 　　3設(shè)計方案提出： 　　為了保證機床能實現(xiàn)粗加工和精加工，不改變原有操作方式的情況下，提出了如下改造方案：1主軸伺服（CT）驅(qū)動控制。2刀架大拖板、中拖板改為滾珠絲杠傳動，采用數(shù)字軸控制。3取消小拖板。4原機床的所有動作控制由原繼電器電路控制改為PLC控制。 　　在滿足以上條件的要求下，選用了西門子的802D數(shù)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)是西門子公司近年來推出的數(shù)字化數(shù)控系統(tǒng)，它的車床版標準配置中帶了一塊PP72/48模板，可以實現(xiàn)72點輸入和48點輸出的PLC控制，同時驅(qū)動模塊為兩個單軸功率模塊，可以帶兩個線性軸和一個模擬主軸，在伺服電機中內(nèi)置了速度反饋和位移反饋傳感器可以和主機一起形成一個半閉環(huán)控制系統(tǒng)從而能達到很高的機床精度。而且價格適中，具有很高的性價比，可以很好的滿足設(shè)備數(shù)控改造的要求。 　　4硬件的配置與連接： 　　由于C61160車床在對核電轉(zhuǎn)子進行精加工，因此采用了1套802D數(shù)控系統(tǒng)分別控制刀架的運動。機床其他所有動作控制則全部由802D數(shù)控系統(tǒng)自帶的PLC控制單元來控制。采用802D系統(tǒng)的主要硬件配置為： 1、PCU主機 1塊 2、全功能豎直鍵盤 1塊 3、PP72/48模板 2塊 4、611UE驅(qū)動電源 1塊 5、611UE雙軸閉環(huán)控制單元 2 塊 6、611UE單軸功率模塊 2塊 7、1FK6電機 2個 8、外接2500P/旋轉(zhuǎn)編碼器 1個 9、連接電纜和PROFIBUS數(shù)據(jù)總線 若干 10光柵尺 2根 9主軸伺服驅(qū)動（M420R） 1個 10 手輪 1個 　　4.1 SITOP電源和電源饋入模塊 　　SITOP電源為PCU模塊和輸入輸出模塊（PP72/48）提供穩(wěn)定的直流電源。伺服電源饋入模塊主要為功率模塊和611UE模塊提供控制和動力電源，產(chǎn)生母線電壓，同時監(jiān)測功率模塊的狀態(tài)。根據(jù)所選電機的總?cè)萘縼泶_定電源饋入模塊功率的大小，選用帶有饋入裝置的電源模塊I/RF系列。伺服電源饋入模塊能否給611UE驅(qū)動模塊供電決定于它的脈沖使能信號（端子63與9），控制器使能信號（端子64與9），內(nèi)部接觸器使能信號（端子48與112），這些使能信號通斷都是通過PLC程序來控制實現(xiàn)的。其上電順序是，內(nèi)部接觸器使能信號，脈沖使能信號，控制器使能信號。 　　4.2 人機界面 　　人機界面主要用于圖形的顯示，數(shù)字與符號的輸入等。其中包括操作面板（MCP），NC鍵盤，液晶顯示屏三部分。根據(jù)該機床的特點，選用一種與802SMCP相同的機床操作面板，MCP背后的兩個50芯扁平電纜插座可以通過扁平電纜與PP模塊的插座連接。NC鍵盤通過 SIEMENS 公司提供的專用電纜跟PCU的X10連接。液晶顯示屏與PCU板集成為一體。 　　三者之間的通信方式是這樣的：PCU接口X4與P72/48通過PROFIBUS總線連接，PCU1接口X8與P72/48接口X1跟SITOP電源相連，SITOP電源為它們工作提供恒定電源。 　　4.3 PCU數(shù)控單元 　　PCU數(shù)控單元是CNC控制部件的核心，根據(jù)NC和PLC存儲容量的不同，該機床選用PCU50列。PCU數(shù)控單元包含NC CPU和PLC CPU，它通過PROFIBUS總線連接，實現(xiàn)了對伺服電源模塊的控制，主軸伺服驅(qū)動裝置控制，進給伺服驅(qū)動裝置等的控制。 　　4.4 驅(qū)動系統(tǒng)和伺服電機 　　SIMODRIVE611UE配備PROFIBUS接口模塊用于速度環(huán)和電流環(huán)控制。伺服電機采用1FK6系列，編碼器為1VPP正弦波。802D的位置環(huán)控制由PCU完成。SIMODRIVE611UE控制模塊均為雙軸模塊，可根據(jù)PROFIBUS的配置作為單軸模塊使用，并且可以在同一個模塊上設(shè)定一個疊加軸（模擬主軸）。SIMODRIVE 611 UE 的模擬輸出接口X441用于輸出主軸速度給定（±10V），而SIMODRIVE 611 UE上的數(shù)字輸出接口可用于模擬主軸的正、反轉(zhuǎn)使能控制。WSG接口X472用于連接主軸編碼器（TTL）作為速度反饋。 　　5 軟件設(shè)計 　　SINUMERIK 802D的軟件設(shè)計就是處理NCK和MCP之間，NCK和PLC之間，PLC與MCP之間的接口信號，NC的參數(shù)配置（包括各種補償）以及PLC報警文本。NCK、PLC和MCP之間既相互獨立，各自負責一部分功能；又相互聯(lián)系，彼此交換信息。 　　5.1 通訊電纜和PROFIBUS配置 　　在調(diào)試802D數(shù)控系統(tǒng)或611UE驅(qū)動器時個人計算機是必不可少的工具.RS-232通訊電纜是連接兩者的唯一途徑.因此保證通訊電纜接線方式正確是非常重要的,RS-232通訊電纜用于PLC編程和611UE驅(qū)動器連接。 　　SINUMERIK 802D是基于PROFIBUS總線的數(shù)控系統(tǒng)，輸入輸出信號是通過PROFIBUS傳送的，位置調(diào)節(jié)（速度給定和位置反饋信號）也是通過PROFIBUS完成的，因此PROFIBUS的配置是非常重要的。在設(shè)計過程中利用一個數(shù)字坐標軸來攜帶主軸給定和反饋的方法實現(xiàn)對主軸的控制，攜帶軸必須是611UE模塊的A通道。PROFIBUS地址必須是12或10，由于選用的是單軸模塊所以PROFIBUS的地址是10。 　　5.2 PLC的調(diào)試 　　一般情況下，在802D的各個部件連接完畢后，則需開始調(diào)試PLC的控制邏輯。至關(guān)重要的是必須在所有有關(guān)PLC的安全功能全部準備后才能開始調(diào)試驅(qū)動裝置。 　　5.2.1PLC應(yīng)用程序 　　創(chuàng)建一個802D的PLC應(yīng)用程序非常簡單。本次設(shè)計是按照西門子802D標準配置，可以根據(jù)系統(tǒng)工具盤中提供的PLC應(yīng)用程序?qū)嵗ㄜ嚧舶妫┖妥映绦驇欤? 　　選用合適的子程序。在使用PLC實例程序或子程序庫，必須使用系統(tǒng)提供的標準車床和銑床初始化文件（用二進制格式將工具盒內(nèi)的初始化文件利用PCIN軟件下載到802D中，文件路徑：Date\Setup\setup_t.ini）。 802D最多允許64個子程序，其中子程序0到子程序31為用戶預(yù)留，子程序32到子程序63為子程序庫占用。用戶可以根據(jù)實際情況在子程序32到子程序63之間選用自己需要得程序，并且修改相關(guān)參數(shù)。其中下列子程序在設(shè)計中被調(diào)用并修改輸入輸出部分地址 5.2.2PLC用戶報警 PLC報警是非常有效的診斷手段之一。例如某一操作是PLC邏輯所禁止的，或者某一輸出條件摸有滿足，這時如果激活相應(yīng)的報捷，操作人員或者維修人員可馬上得知其操作錯誤或硬件有故障的原因。 6 驅(qū)動器的調(diào)試 只有在所有安全功能全部生效后，如PLC控制的急停、硬件限位和電源饋入模塊的使能等邏輯，才能進行驅(qū)動器的調(diào)試。驅(qū)動器的調(diào)試和優(yōu)化借助于工具盤上提供的工具軟件SIMOSOMU來完成，啟動SIMOSOMU軟件夠，首先進行參數(shù)配置，即電機的選型，PROFIBUS地址。在電源饋入模塊使能端子全部閉合后，將坐標軸移動到適中位置，然后通過SIMOSOMU軟件進入PC機控制狀態(tài)（位置開環(huán)），即可進行速度環(huán)和電流環(huán)的參數(shù)優(yōu)化。 7 NC調(diào)試 7.1裝初始文件 在制造商口令下，通過工具盒中的通訊軟件PCIN，下載初始文件（Setup_T.ini） 7.2 通用機床數(shù)據(jù)（MD10000？—MD18999） 通用機床數(shù)據(jù)主要用于對機床坐標軸的定義、PLC運行時間的設(shè)定與監(jiān)控、用戶數(shù)據(jù)自定義參數(shù)的設(shè)定等。 MD10000[0]=X //機床坐標軸名X軸 MD10000[1]=Z //機床坐標軸名Z軸 MD10000[2]=SP //機床坐標軸名SP軸 MD11240 =6 //PROFIBUS現(xiàn)場總線的配置 7.3 基本通道類機床數(shù)據(jù)（MD20000—MD28999） 基本通道類機床數(shù)據(jù)主要用于通道的設(shè)定、幾何坐標軸的設(shè)定和選用、G功能的選用等。 MD20000=C61160 //通道名 MD20050[1]=5 //設(shè)定機床所用幾何軸號為5 MD20050[2]=2 //設(shè)定機床所用幾何軸號為2 MD20080[0]=X //設(shè)定通道內(nèi)該機床編程用的軸名 MD20080[1]=Z //設(shè)定通道內(nèi)該機床編程用的軸名 MD20080[2]=SP //設(shè)定通道內(nèi)該機床編程用的軸名 7.4軸類機床數(shù)據(jù)（MD30000—MD38999） 軸類機床數(shù)據(jù)是對機床坐標各通道軸速度大小、方向和定位， 數(shù)控機床保護，誤差補償?shù)葏?shù)設(shè)定。 MD30110[0 AX1]=5 //定義速度給定端口軸號5 MD30220[0 AX1]=5 //定義反饋端口軸號5 MD30130[0 AX1]=1 //控制給定輸出類型為1 設(shè)定值輸出有效 MD30240[0 AX1]=1 //編碼器反饋類型為1 X軸編碼器為原信號發(fā)生器，高分辨率 MD31000[0 AX1]=1 //直接測量系統(tǒng) X軸為光柵尺 MD32000[AX1]=3000mm/min // X軸最大軸速度 MD32010[AX1]=15000mm/min // X軸點動快速 MD32020[AX1]=1000mm/min // X軸點動速度 MD32020[AX1]=1000mm/min // X軸速率初始值 MD32110[AX1]= -1 // X軸運動的方向 MD32200[AX1]=2.3 // X軸伺服增益系數(shù) MD32600[AX1]=2000 rev/min // X軸伺服增益系數(shù) MD32700[AX1]=1 // X軸插補補償 MD34020[AX1]=1000 mm/min // X軸檢測參考點開關(guān)的速度 MD34060[AX1]=200 mm // X軸檢測參考點開關(guān)的最大距離 MD34070[AX1]=200mm/min // X軸返回參考點的定位速度 MD34100[AX1]=1111.471mm // X軸參考點（相對機床坐標系）位置 MD36100[AX1]=0 mm // X軸第一軟限位開關(guān)負向 MD36110[AX1]=1176 mm // X軸第一軟限位開關(guān)正向 MD36110[AX1]=10 // X軸絲杠螺距誤差補償點數(shù) 8模擬主軸調(diào)試 對于模擬主軸，可以使用611UE的模擬量給定接口和TTL編碼器接口作為速度反饋口。 這是利用一個數(shù)字主軸來攜帶主軸給定和反饋的方法。主軸的使能信號可以由611UE的數(shù)字 輸出量Q0.X輸出給主軸驅(qū)動器。 進給611UE是雙軸模塊，PROFIBUS地址（12），主軸模擬給定611UE的A通道引出。由于A通道的模擬給定為8位D/A轉(zhuǎn)換器生成，模擬給定的最小當量為78MV。所以不能用模擬主軸定位控制。 攜帶軸X1—611UE（機床軸1） 主軸SP1 （CT）全數(shù)字直流驅(qū)動 端子75A （主軸速度給定信號±10V） 速度給定信號（±10V） 端子15 （信號地） 信號地 端子Q0.A （數(shù)字量輸出） 驅(qū)動正轉(zhuǎn)使能 端子Q1.A （數(shù)字量輸出） 驅(qū)動反轉(zhuǎn)使能 接口信號 （編碼器接口） 主軸TTL編碼器5V NC-機床參數(shù) MD13060[4 ]=0 //總線地址10的報文類型 MD30110[0，AX3]=5 //攜帶坐標軸的邏輯軸號 MD30220 [0，AX3]=5 //攜帶坐標軸的邏輯軸號 MD30120 [0，AX3]=5 //編碼器模塊號 MD30230 [0，AX3]=5 //編碼器信號端口號 MD31020 [0，AX3]=2500 //TTL編碼器脈沖數(shù) MD32250 [0]= 100 //額定輸出值100% MD32260 [0，AX3] =9000 //額定輸出轉(zhuǎn)速 驅(qū)動器611UE數(shù)據(jù) P890編碼器反饋端口設(shè)定=4 P922 PROFIBUS報文類型=104 存儲，然后重新上電 P922 PROFIBUS報文類型=0 P915[8]PZD-給定值賦值PB=50103 P915[9]PZD-給定值賦值PB=50107 存儲，然后重新上電 設(shè)定模擬量輸出75.A/15為“Signal DAU1 form PROFIBUS PPO” 設(shè)定模擬量輸出Q0.A和Q1.A為“Controll via Profibus” 進入該編輯器。編輯好的報警文本可用PCIN傳入相應(yīng)的目錄下。 　　9螺距誤差補償與反向間隙補償 　　　機床在對工件進行加工的過程中，由于測量系統(tǒng)和力的傳遞過程中會產(chǎn)生誤差和機床自身磨損。使得加工工件的輪廓偏離理想的幾何曲線，導(dǎo)致加工工件產(chǎn)品質(zhì)量的下降。特別是在加工大型的工件時，由于溫度和機械力的影響使的加工精度損失更為嚴重。因而在機床出廠前，需要進行一定的誤差補償。螺距誤差補償和反向間隙補償是兩中最常見的補償方式 9.1螺距誤差補償 　　9.1.1 螺距誤差補償?shù)募せ? 　　螺距誤差的補償是按坐標軸來進行的，激活誤差補償需設(shè)定以下相關(guān)機床參數(shù)： 　　（1）MD 38000 軸最大誤差補償點數(shù) 根據(jù)該機床的特點X軸螺距誤差參數(shù)補償點數(shù)為50即MD 38000 [0 AX1] =10；Z軸螺距誤差補償點數(shù)為20，即MD 38000 [0 AX2] =20。參數(shù)設(shè)定好后，系統(tǒng)自動產(chǎn)生相應(yīng)軸的補償文件，補償文件存放在目錄/NC-ACTIVE-DATA/Meas-System-err-comp下。 　?。?）MD32700螺距誤差補償使能 MD32700=0 螺距補償不生效，允許修改補償文件； MD32700=1 螺距補償生效，不允許修改補償文件。 當設(shè)定完參數(shù)，把補償文件傳入系統(tǒng)后，只有當該軸返回參考點后才生效。 　　9.1.2 編輯螺距補償文件的方法 　?。?） 將系統(tǒng)產(chǎn)生的補償文件傳出，在PC機上編輯并輸入補償值，再將補償文件傳入系統(tǒng)。 　?。?） 將補償文件格式改為加工程序，對該程序進行補償值編輯，再運行加工程序即可將補償值寫入系統(tǒng) 　　9.1.3 編輯螺距補償?shù)牟僮鞑襟E 　?。?） 修改MD 38000參數(shù)：根據(jù)補償?shù)淖畲簏c數(shù)決定。 　?。?） 用硬盤數(shù)據(jù)備份或PCIN軟件數(shù)據(jù)備份的方法將補償文件復(fù)制到硬盤上或計算機上，編輯該備份文件，并輸入補償值（見補償值）。 　?。?） 設(shè)定MD32700=0，將修改過的補償文件通過數(shù)據(jù)恢復(fù)的方法傳入系統(tǒng)或作為零件程序執(zhí)行一次。 　?。?） 設(shè)定MD32700=1，軸回參考后，新補償值生效。 　　9.2 反向間隙補償 　　由于機械在運行過程中，機械磨損厲害，螺距補償已經(jīng)不能滿足加工精度的要求。特別如機床在反向運行過程中誤差過大時，設(shè)計人員要考慮反響間隙補償。其機床參數(shù)號為MD32450，在本次設(shè)計中補償數(shù)據(jù)為BACKLASH[1]=0.01 10數(shù)據(jù)備份 　　在系統(tǒng)調(diào)試完畢后進行數(shù)據(jù)備份是十分重要的，SINUMERIK802D提供了多種數(shù)據(jù)備份的方法。系統(tǒng)數(shù)據(jù)可以在系統(tǒng)內(nèi)部備份，可以將數(shù)據(jù)備份到PC卡上，也可以將數(shù)據(jù)傳到計算機硬盤上。 　　數(shù)據(jù)內(nèi)部備份可以通過“數(shù)據(jù)存儲“軟菜單鍵輕而易舉地實現(xiàn)。SINUMERIK802D配備了16MB閃存和16MB靜態(tài)存儲器。所有生效的數(shù)據(jù)均存儲于靜態(tài)存儲器，當電容的能量耗盡后，靜態(tài)存儲器的數(shù)據(jù)將丟失。內(nèi)部數(shù)據(jù)備份是將所有生效的數(shù)據(jù)存儲到閃存中。這樣，當靜態(tài)存儲器的數(shù)據(jù)將丟失后，系統(tǒng)在可以引導(dǎo)自檢時檢測到靜態(tài)存儲器已經(jīng)掉電，這時系統(tǒng)會自動將閃存內(nèi)存儲的數(shù)據(jù)復(fù)制到靜態(tài)存儲器中。 　　數(shù)據(jù)的外部備份是通過串行通訊（RS232）將數(shù)據(jù)備份到個人計算機的硬盤或軟盤上。計算機的通訊口C0M1或COM2通過通訊軟件WINPCIN與802D聯(lián)系起來。 11結(jié)束語 　　目前該機床的機械、電氣、系統(tǒng)各方面的改造、安裝、調(diào)試工作已經(jīng)完成，樣件加工完全達到預(yù)期效果。改造后機床已經(jīng)投入正常使用，從使用的角度和運行狀態(tài)來看，改造后機床與原機床相比，功能極大增強、自動化程度得到提高。強大的數(shù)控系統(tǒng)拓寬了機床加工零件的范圍。更好地保證了零件加工的質(zhì)量。同時高度的自動化也大大降低了操作工人的勞動強度，但對操作工人的綜合素質(zhì)提出了更高的要求。從機床的可靠性來看，結(jié)構(gòu)緊奏合理，顯示器、各種開關(guān)和指示燈布局更適合操作人員的使用。同時增加了一個手持操作單元，以便操作人員在不同的狀態(tài)下選擇更適合的操作位置。改造后的機床增加了可維修性，數(shù)控系統(tǒng)可以監(jiān)控各控制部件的運動狀態(tài)及故障，并及時在顯示器上顯示出來，同時PLC控制的運用，使整個機床控制系統(tǒng)線路大為簡化，所有這些使機床故障檢測和維修更為方便和快捷。 　 作者單位：四川德陽東汽裝備技術(shù)有限責任公司 　 地址：四川綿竹東方汽輪機廠機修分廠電氣技術(shù)組　618201　 Email：dongfangdilong@sina.com