数控技术的发展对工业生产带来了革命性的影响,数控技术和数控设备的先进性已经成为衡量一个国家、企业数字化的重要标准。虽然这项技术的先进性使得许多企业跃跃欲试,但是一个现实问题就是在数控建设初期,设备的购买、安装所耗费的费用往往使许多企业难以承受。特别是数控设备的更新换代,如果不能科学规划的进行,实质上会造成企业的巨大浪费。所以,数控技术的发展并不是一种完全清零的更新,它也包括对现有数控系统进行优化和改造。

1 数控系统的选择

根据我公司的现实生产需要,综合经济、效率、实用性等多方考虑,我们选择西门子802D数控系统来进行优化控制设计。该系统是一种经济型的数控系统,主要操作对象是针对车床和铣床。系统的功能性强,核心部件PCU将CNC、PLC、HMI和通讯等功能集成于一体。系统操作的可靠性强,安装方便,在安装以后可以免于维护运行。系统的运行主要依靠内置的PLC系统,设计过程简单,周期较短。

2 PLC的设计与调试

为了使PLC子程序的效果发挥到最佳状态,我们根据现有机床的特点,对其做了一定的改造。将原有的冷却泵、电动机、刀架电动机等予以更换,增加了能够用于PLC控制的主轴箱油泵电动机和导轨润滑的电子泵。PLC控制系统的作业,其本质依旧是通过对数据的采集和处理来完成,所以要使PLC能够作业,我们就需要将信息通路分为输出和输入两个部分,分别采用DP48/72进行采集。802D系统中,对所有的用户提供了一个标准的车床应用程序,也就是在这个标准程序的基础上我们可以根据自己的需要进行改进,是逻辑控制符合各自的需求即可。在调试PLC用户程序时,需做以下的工作:(1)用802D调试电缆将计算机和802D的COM1端口连接;(2)802D进入联机方式:系统→PLC→STEP7连接→设定通讯参数→选择“连接开启”;(3)启动PLC编程工具,进入通讯画面,设定通讯参数;(4)在拥有一个编辑无误的PLC应用程序时,利用编程工具软件将该应用下载到802D中。下载成功后,需要启动PLC应用程序。

在完成对主轴以及相关各个进给轴的调试以后,本次数控改造车床所应该具备的功能才最终与PLC程序对应起来,为了方便操作人员的个人操作需求,将一些个性需求的功能定义在自定义键上。

就电气控制而言,机床主轴的控制是有别于机床伺服轴的。一般情况下,机床主轴的控制系统为速度控制系统,而机床伺服轴的控制系统为位置控制系统。换句话说,主轴编码器一般情况下不是用于位置反馈的,也不是用于速度反馈的,而仅作为速度测量元件使用。本改造机床主轴驱动单元使用了带速度反馈的驱动装置以及3.7kW标准主轴电机,主轴可以根据需要工作在伺服状态,所以主轴编码器作为位置反馈元件使用。此外采用的变频器是MM 420西门子变频器。

802D数控系统配置变频主轴时,变频器0-10V的指令电压是通过611UE的X411端口上的75.A和15给出的,正反转指令是通过X453端口上的Q0.A和Q1.A给出的。在系统初始化后,NC系统已成为车床的标准化配制,按说明书要求依次设置进给轴参数,主轴参数,再利用准备好的驱动器串口调试电缆将计算机与611UE的X471端口连接起来;启动伺服驱动器调试工具。

SimoCom U,选择联机方式;进入专家表(Ctrl+E),配置电机参数如下。

P890=4编码器信号源来自X472接口;

P922=104主轴信号的 PROFIBUS报文类型;

P1007=1024编码器线数外装编码器每的转脉冲数。应与主轴参数MD31020相同;

P915[8]=50103总线给定值配置:模拟输出送到X441的端子75.A和15;

P915[9]=50107总线给定值配置:数字输出送到X453的端子Q0.A和Q1.A。

在SimoComU的主画面上选择存储数据,再选择上电复位。这样就完成了模拟主轴相关伺服驱动器的参数设置。

3 所实现的数控机床的基本功能

回参考点功能:系统上电后,选择“回参考点”模式,然后操作进给轴启动按钮。此时,机床自动寻找参考点。

AUTO方式:先进入‘PROGRAM’软键,只需要对所需程序进行装载,装载完成,启动程序自动运行。程序装载的方式有两种,可以自行在编辑状态下完成程序的编辑,直接存储后即可运行;也可是在其他的编程程序中进行编辑,完成后移植或者传入到数控系统中。

增量点动功能:在此功能下,你可以设定1、10、100μm等方式控制移动轴。另外,该机床数控化改造可增加手摇脉冲发生器,可对操作带来极大便利。

MDA方式:在此方式中,操作人员能在NC控制下单程序段的运行,可以通过键盘直接输入程序。

设定实际值功能:操作人员可将零点偏置的数据输入到实际值存储器中进行预设。操作人员在设定实际值之前应先输入刀具补偿数据,包括尺寸、刀号、补偿方向和刀具类型等。

4 结语

PLC是整个数控系统中最为核心、重要的一部分,在众多的数控系统中,西门子PLC程序的最大特点就是简便操作,能够灵活的处理各种机床控制的技术需求。但是采用不同的PLC子程序所产生的效果也是不同的,要实现数控机床终端的匹配,必须选择合适的PLC程序与之对应。本文选择的802D系统,在经过改造后运行效果良好,使旧的机床设备重新发挥了生产价值,提高了企业的生产效率,同时控制了数控改造的成本。