XK715B機床
我廠上世紀(jì)九十年代初期從上海第四機床廠引進的立式。該機床原數(shù)控系統(tǒng)配置為美
A-B公司的8400MP，X、Y、Z軸驅(qū)動均為安川驅(qū)動裝置，主軸驅(qū)動為安川。該機床作為我廠重點設(shè)備之一，承擔(dān)著重要的任務(wù)，運行一直比較穩(wěn)定。但是，近年來，由于設(shè)備購置早、使用時間
及控制系統(tǒng)嚴(yán)重老化，故障頻繁不斷。另一方面，數(shù)控系統(tǒng)及驅(qū)動裝置的版本相當(dāng)?shù)停a(chǎn)廠家?guī)缀跻呀?jīng)停產(chǎn)，購置備件十分困難且昂貴。我們對板級上的元器件也作過多次修復(fù)，隨著企業(yè)生產(chǎn)任務(wù)的繁重，設(shè)備故障率節(jié)節(jié)攀升，我們根據(jù)實際情況進行了仔細(xì)討論和分析，決定對該機床進行改造。二 改造方案
1 數(shù)控系統(tǒng)及驅(qū)動
經(jīng)過反復(fù)的比較，我們選擇了SIEMENS 802D數(shù)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有免維護，其核心部件PCU （面板控制單元）將CNC、PLC、
機界面和通訊等功能集成于一體，可靠性高、易于安裝；SINUMERIK802D可控制4個進給軸和一個數(shù)字或模擬主軸；通過生產(chǎn)現(xiàn)場總線PROFIBUS將驅(qū)動器、輸入輸出連接起來；模塊化的驅(qū)動裝置SIMODRIVE611UE配套1FK6系列伺服，為機床提供了全數(shù)字化的動力。此外，該系統(tǒng)可通過視窗化的調(diào)試工具軟件，便捷地驅(qū)動
數(shù)，并對驅(qū)動器的控制參數(shù)進行動態(tài)優(yōu)化。 SINUMERIK802D也集成了內(nèi)置PLC系統(tǒng)，對機床進行邏輯控制，采用標(biāo)準(zhǔn)的PLC的語言Micro/WIN進行控制邏輯設(shè)計，并且隨機提供標(biāo)準(zhǔn)的PLC子程序庫和實例程序，簡化了設(shè)計過程，縮短了設(shè)計周期。 在改造過程中，驅(qū)動裝置按照西門子系統(tǒng)配套的標(biāo)準(zhǔn)配置以達到系統(tǒng)性能的最佳，保證機床改造后運行的穩(wěn)定性和可靠性，且便于日后的維護。原主軸電機為同步電機，改造后將主軸電機更換成普通的三相交流異步電機，采用變頻器來驅(qū)動主軸電機。
2 部分
經(jīng)查，該機床的各方面機械性能都非常完好，無需作較大的更換或修復(fù)，由于機床的X、Y、Z三直線軸將采用配套的西門子交流伺服電機，根據(jù)實際需要，應(yīng)重新連接上相協(xié)調(diào)的減速器裝置來滿足電機與絲桿間的聯(lián)結(jié)。
此外，自動潤滑裝置和冷卻裝置均完好，全部保留。
三 改造的實施及主要內(nèi)容
1 改造后，整體連接的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示：
根據(jù)調(diào)試手冊的說明連接好各硬件設(shè)施，調(diào)試前應(yīng)仔細(xì)檢查連接有無錯誤?？紤]到該機床的輸入/輸出點需要的數(shù)量比較少，因此決定僅僅使用一個PP72/48裝置已經(jīng)完全足夠，將PP72/48的X111、X222用于MCP的連接，而X333用于機床的I/O，該連接方法在手冊中無案例說明，但事實上只是由I/O點的需求數(shù)量來決定的，無需按照標(biāo)準(zhǔn)使用兩個PP72/48。
2 電氣配置及基本參數(shù)的設(shè)定
由于各電器元件都已經(jīng)全面老化，且在改造中對系統(tǒng)及驅(qū)動都作了完全改動，同時，為了機床改造后在運行中的穩(wěn)定性打好基礎(chǔ)，我們按照新設(shè)計的電氣控制原理圖重新進行元器件的選型，一并配置新的電器柜和操作柜等設(shè)施。
NC調(diào)試過程主要包括系統(tǒng)初始化和基本參數(shù)的設(shè)定，其中，系統(tǒng)基本參數(shù)主要有：總線配置、驅(qū)動器模塊定位、位置控制使能、傳動比、坐標(biāo)速度和加速度、回參考點等等。
3 PLC程序的設(shè)計與調(diào)試
采用SIEMENS 802D系統(tǒng)所使用PLC非常簡單、方便而且靈活。只有采用PLC802編程工具3.1以上的版本才可以使用梯形圖編制用戶程序，我們使用S7-200作為編程工具。在CD盤工具盒（Tool box）中配備了“PLC802文件庫”，其中包含了子程序庫，并且給標(biāo)準(zhǔn)的車床和銑床分別配置了編程實例，因此，使用起來更是得心應(yīng)手。
由于本次改造的機床為標(biāo)準(zhǔn)銑床，在應(yīng)用過程中只需對其銑床的編程實例作一些簡單地修改和擴展即可完成所需要的PLC程序。在子程序中，根據(jù)不同功能分別進行了定義，主要包括PLC-INI（系統(tǒng)初始化）、EMG-STOP（急停處理）、MCP-802D（傳送控制面板的I/O狀態(tài)到接口）、AXES-CTL（各坐標(biāo)軸控制）、LUBRICAT（定時、定量潤滑控制）、COOLING（冷卻控制）等。在應(yīng)用的過程中應(yīng)注意以下問題。
（1）在例子程序的急停處理塊中，未對模塊上電過程結(jié)束（PO-END：M130.7）到#T-72準(zhǔn)備完成的響應(yīng)過程存在延時的情況做考慮。在調(diào)試中我們發(fā)現(xiàn)，實際上該延遲時間客觀上是存在的，時間的長短因電源模塊的性能而異，如不做延時，對急停報警的處理將可能遇到麻煩，常常需要反復(fù)多次地按“RESET”鍵才能使電源模塊正常準(zhǔn)備，急停才能報警清除。鑒于安全考慮，我們在梯形圖中將一個“RESET”的常閉點串聯(lián)到使能結(jié)束點的后面，正常上電后，按住“RESET”鍵保持適當(dāng)?shù)臅r間，便順利完成電源模塊的正常準(zhǔn)備。當(dāng)然，也可直接增加一個延時或定義一個備用鍵加在使能完成的后面。
（2） 在PLC程序中，其中有一程序段涉及到MD14510[16>的設(shè)定來確定是車床還是銑床的邏輯關(guān)系，例子程序中選中的是車床，該處應(yīng)做恰當(dāng)?shù)卣{(diào)整和修改，否則控制面板的部分功能不能使用，我們在使用時就碰到Z軸無法運動，只有X、Y軸能運動。
（3） SIEMENS 802D系統(tǒng)MCP板的車床版和銑床版是通用的，在定義各軸的方向鍵時可以自己靈活定義，所使用的銑床例子程序Z軸正/負(fù)向為對角定義。
4 主軸的調(diào)試
西門子802D系統(tǒng)對于模擬主軸功能是將SIMODRIVE 611UE閉路控制模塊的模擬輸出作為設(shè)定點輸出，而且將編碼器接口（-X472）作為TTL實際值輸入。此時，數(shù)字進給軸作為轉(zhuǎn)換軸用于模擬主軸的設(shè)定值，我們才用總線地址為“12”的X軸作為轉(zhuǎn)換軸。由于我們本次改造采用普通的三相交流異步電機無需編碼器反饋，對于無直接編碼器的模擬主軸需將主軸參數(shù)MD30200設(shè)定為“0”。此外，我們采用的變頻器的型號是CIMR-G7A4015的安川變頻裝置。
（1）611UE與安川變頻器的硬件連接如圖2所示：
（2）用做好的“驅(qū)動器調(diào)試電纜”將個人PC與611UE的X471連接起來，通過驅(qū)動器調(diào)試工具SimoCom U對X軸驅(qū)動器的有關(guān)參數(shù)和設(shè)置進行定義（按照調(diào)試手冊操作），存儲并復(fù)位。
（3）對變頻器送電，試在手動操作下運行電機，測試變頻器及電機的好壞；然后，在自學(xué)習(xí)模式下自動檢測電機的各項參數(shù)，待變頻器自動保存后，將變頻器菜單轉(zhuǎn)換到運行模式。
（4）NC側(cè)主要功能參數(shù)的設(shè)定
主要參數(shù)設(shè)定值如下：
13060[0>=0（總線地址為12）;
13070[0>=8000H;
30134=2;
30110=1;
30120=2;
30220=0;
30230=2;
特別提到的是參數(shù)13070[0>千萬不能忘記設(shè)定，否則會出現(xiàn)無法清除的報警信息為：“26015 DRIVE-TELEGRAM-TYPE P915[3> INVAILD”,且功能依然未生效。此外，如果誤將MD30120設(shè)置為“1”還可能出現(xiàn)“2001 PLC停止”報警，同時PLC停止運行。
檢查模擬接口的相關(guān)參數(shù)的默認(rèn)值為：“MD32250=100；MD32260=3000”。先不忙調(diào)整模擬接口的模擬，重新啟動機床，其模擬主軸功能已經(jīng)生效。試運轉(zhuǎn)模擬主軸，確認(rèn)模擬電壓和正反轉(zhuǎn)運行的信號給定都無誤。
如果運行電機的速度達不到標(biāo)準(zhǔn)速度，應(yīng)通過MD32250和MD32260來調(diào)整模擬接口。在試電機的過程中，我們發(fā)現(xiàn)模擬電壓的給定值最大只有3.4V左右，該測試電機額定速度為1440r/min，MDA方式下執(zhí)行指令均為“M03 S1440”，在修改參數(shù)MD32250和MD32260的調(diào)試過程中，得到如下表的幾組測試數(shù)據(jù)。
從上表的試驗數(shù)據(jù)可以看出規(guī)律，在給定同一轉(zhuǎn)速指令下，參數(shù)32250設(shè)定值（有效范圍：0~100）越大，給出的模擬電壓會越大；參數(shù)32260設(shè)定值越大，給出的模擬電壓越小。抓住了
一規(guī)律對模擬電壓的調(diào)整便可順利的完成。在調(diào)試過程中，應(yīng)將電機在最高轉(zhuǎn)速時對應(yīng)給出的模擬電壓壓值調(diào)整到10V為宜。到此，主軸調(diào)整功能基本完成。
