數控技術的發展對工業生產帶來了革命性的影響,數控技術和數控設備的先進性已經成為衡量一個國家、企業數字化的重要標準。雖然這項技術的先進性使得許多企業躍躍欲試,但是一個現實問題就是在數控建設初期,設備的購買、安裝所耗費的費用往往使許多企業難以承受。特別是數控設備的更新換代,如果不能科學規劃的進行,實質上會造成企業的巨大浪費。所以,數控技術的發展并不是一種完全清零的更新,它也包括對現有數控系統進行優化和改造。

1 數控系統的選擇

　　根據我公司的現實生產需要,綜合經濟、效率、實用性等多方考慮,我們選擇西門子802D數控系統來進行優化控制設計。該系統是一種經濟型的數控系統,主要操作對象是針對車床和銑床。系統的功能性強,核心部件PCU將CNC、PLC、HMI和通訊等功能集成于一體。系統操作的可靠性強,安裝方便,在安裝以后可以免于維護運行。系統的運行主要依靠內置的PLC系統,設計過程簡單,周期較短。

2 PLC的設計與調試

　　為了使PLC子程序的效果發揮到最佳狀態,我們根據現有機床的特點,對其做了一定的改造。將原有的冷卻泵、電動機、刀架電動機等予以更換,增加了能夠用于PLC控制的主軸箱油泵電動機和導軌潤滑的電子泵。PLC控制系統的作業,其本質依舊是通過對數據的采集和處理來完成,所以要使PLC能夠作業,我們就需要將信息通路分為輸出和輸入兩個部分,分別采用DP48/72進行采集。802D系統中,對所有的用戶提供了一個標準的車床應用程序,也就是在這個標準程序的基礎上我們可以根據自己的需要進行改進,是邏輯控制符合各自的需求即可。在調試PLC用戶程序時,需做以下的工作:(1)用802D調試電纜將計算機和802D的COM1端口連接;(2)802D進入聯機方式:系統→PLC→STEP7連接→設定通訊參數→選擇“連接開啟”;(3)啟動PLC編程工具,進入通訊畫面,設定通訊參數;(4)在擁有一個編輯無誤的PLC應用程序時,利用編程工具軟件將該應用下載到802D中。下載成功后,需要啟動PLC應用程序。

　　在完成對主軸以及相關各個進給軸的調試以后,本次數控改造車床所應該具備的功能才最終與PLC程序對應起來,為了方便操作人員的個人操作需求,將一些個性需求的功能定義在自定義鍵上。

　　就電氣控制而言,機床主軸的控制是有別于機床伺服軸的。一般情況下,機床主軸的控制系統為速度控制系統,而機床伺服軸的控制系統為位置控制系統。換句話說,主軸編碼器一般情況下不是用于位置反饋的,也不是用于速度反饋的,而僅作為速度測量元件使用。本改造機床主軸驅動單元使用了帶速度反饋的驅動裝置以及3.7kW標準主軸電機,主軸可以根據需要工作在伺服狀態,所以主軸編碼器作為位置反饋元件使用。此外采用的變頻器是MM 420西門子變頻器。

　　802D數控系統配置變頻主軸時,變頻器0-10V的指令電壓是通過611UE的X411端口上的75.A和15給出的,正反轉指令是通過X453端口上的Q0.A和Q1.A給出的。在系統初始化后,NC系統已成為車床的標準化配制,按說明書要求依次設置進給軸參數,主軸參數,再利用準備好的驅動器串口調試電纜將計算機與611UE的X471端口連接起來;啟動伺服驅動器調試工具。

　SimoCom U,選擇聯機方式;進入專家表(Ctrl+E),配置電機參數如下。

　　P890=4編碼器信號源來自X472接口;

　　P922=104主軸信號的 PROFIBUS報文類型;

　　P1007=1024編碼器線數外裝編碼器每的轉脈沖數。應與主軸參數MD31020相同;

　　P915[8]=50103總線給定值配置:模擬輸出送到X441的端子75.A和15;

　　P915[9]=50107總線給定值配置:數字輸出送到X453的端子Q0.A和Q1.A。

　　在SimoComU的主畫面上選擇存儲數據,再選擇上電復位。這樣就完成了模擬主軸相關伺服驅動器的參數設置。

3 所實現的數控機床的基本功能

　　回參考點功能:系統上電后,選擇“回參考點”模式,然后操作進給軸啟動按鈕。此時,機床自動尋找參考點。

　　AUTO方式:先進入‘PROGRAM’軟鍵,只需要對所需程序進行裝載,裝載完成,啟動程序自動運行。程序裝載的方式有兩種,可以自行在編輯狀態下完成程序的編輯,直接存儲后即可運行;也可是在其他的編程程序中進行編輯,完成后移植或者傳入到數控系統中。

　　增量點動功能:在此功能下,你可以設定1、10、100μm等方式控制移動軸。另外,該機床數控化改造可增加手搖脈沖發生器,可對操作帶來極大便利。

　　MDA方式:在此方式中,操作人員能在NC控制下單程序段的運行,可以通過鍵盤直接輸入程序。

　　設定實際值功能:操作人員可將零點偏置的數據輸入到實際值存儲器中進行預設。操作人員在設定實際值之前應先輸入刀具補償數據,包括尺寸、刀號、補償方向和刀具類型等。

4 結語

　　PLC是整個數控系統中最為核心、重要的一部分,在眾多的數控系統中,西門子PLC程序的最大特點就是簡便操作,能夠靈活的處理各種機床控制的技術需求。但是采用不同的PLC子程序所產生的效果也是不同的,要實現數控機床終端的匹配,必須選擇合適的PLC程序與之對應。本文選擇的802D系統,在經過改造后運行效果良好,使舊的機床設備重新發揮了生產價值,提高了企業的生產效率,同時控制了數控改造的成本。