西门子 840D 数控系统在车削加工中心电气系统改造中的应用
2020-7-30 来源：中国航发哈尔滨东安发动机有限公司 作者：杨恺
摘要：本文针对数控系统的运行在改造之后的状况进行分析，围绕改造中西门子 840D 数控系统用于车削加工中心，系统具体名称为西门子 SINUMERIK840C 数控系统，在改造中进行了不同配置的安装。原有的 840C 数控系统采用SIMODRIVE611D 驱动于 1999 年从德国引进 , 采用的是大板结构，车削中心在大板上安装不同的子板，采用 PLC 进行逻辑控制，配有两个伺服轴，配置自使用至今机械部分状态还比较稳定 , 但是数控系统经常出现系统故障 , 说明进入老化期，经过西门子 840D 数控系统改造升级方案实施后，系统不仅可进行各种车铣复合加工，并且升级改造后的驱动依然沿用了老的系统的驱动，此项电气系统改造促使车削加工中心的使用率大幅度提高。
关键词：西门子 840D 数控系统；车削加工中心；电气改造
本文举某数控系统的电气改造案例， 论证数控系统进行改造升级之后提高电气系统运行的应用效果。 案例中的数控系统由西门子生产， 型号为SINUMERIK840C， 从德国引进。 该数控系统根 据不同的配置在大板上安装不同的子板，配备 S5 系列PLC 进行包括大板结构的构建和逻辑控制；驱动为SIMODRIVE611D，长期使用后，为提高车削加工中心的使用率做出贡献。该车削中心进行各种车铣复合加工，系统配有两个伺服轴和主轴，经过长期使用已经出现老化的迹象，系统故障时有发生，但是机械部分状态还比较稳定。经过论证，采用 840C 数控系统配备升级改造的方案，方案对于原有得 611D 驱动依然保留，同时对数控系统进行升级改造，而且选用 840D 数控系统作为升级改造的对象，经过实践证明不仅保证了通用性，而且还大大节省了升级改造费用。此项技术具有强大的全
数字化功能，技术领先，成为主流数控系统之一。
1、电气系统的硬件升级改造设计思路
新的机床改造采用全闭环控制，设计工作中首先要了解各模块的功能和连接关系，根据机床控制系统中的应用系统硬件的安装与配线的结构做好硬件升级改造设计。西门子数控车削加工中心由尾座、闭式中心架、床头箱、刀架构成机床的主体，具有数控全功能的特点，属于卧式车削加工中心。驱动沿用原来的 611D，机床的辅助设备包括冷却装置、液压油箱、切屑输送器、油温控制器。改造采用的硬件配置包括：1FK7 系列电动机，1PH7 系列主轴、西门子 S7-300 系列 PLC。根据原 840C 系统的电气原理，SINUMERIK840D 数控系统硬件连接对数字驱动模块进行了重新的设置，论证了
电动机转速大小、定位控制的数据交换、设备总线接口X151 与 611D 驱动总线接口 X341 连接，精确定位和控制数控机床，采用检测元件的方式对接口 X421 和数字驱动模块 (611D) 位置接口 X411 构成的全闭环控制系统进行检测，通过伺服电动机编码器和光栅尺。
2、 PLC 软件的安装与调试
随系统提供的 SINUMERIK840D Toolbox 软件，数控系统包括基本 PLC 部分和追加部分。如 S7-300 可编程控制器以及编程软件、机床控制程序，根据机床控制规模，追加部分顺应控制需求进行控制。SINUMERIK840D 的 PLC 存 储 区 域 对 编 程 器 与SINUMERIK840D 之间的 PC 适配器及 MPI 通讯电缆进行清理步骤为以下几点。
（1）按一下 NCU 上 Reset 复位按钮，此时 NCU上的数码管显示为 6，将 NCU 上 S4 旋钮开关设置为中央控制单元。
（2）NCU 上的两排 LED 中右边一排红灯应灭掉，等若干秒后，将 NCU 上 S4 旋钮开关，由 3 拧到 2，再停若干秒。
（3）将 NCU 上 S4 缓慢拧动，右上的一个绿灯亮，完成了 PLC 内存清理。
3 、 机床数据 MD 的安装与调试过程
在搭建的一个简单的、小规模的机床数据平台上进行标准机床数据的装载、NCK 内存的清除，用户机床参数的设置过程中，标准机床数据装载的基础上，已装入标准 MD，按 RESET 键，将 S3 拧到 1，完成清内存，这样可保持正常工作状态。SIEMENS 公司为用户进行机床数据装载到 NCK 内的操作，根据的是被控制机床的特点，再开发设置被控制机床所需要的机床参数，从类型来看由于标准机床数据是 SINUMERIK840D，机床参数很多，因此要密切关注以下几个数据：特殊机床数据、主轴机床数据、通用机床数据、进给轴机床数据等。图 1 为车削加工中心驱动模块。
图 1 车削加工中心驱动模块
进入机床参数设置菜单，系统设定数据按软功能键菜单选择，如轴名、换刀时间、位置控制周期、系统时钟周期、等系统参数。SINUMERIK840D 数控系统的一些运行参数 , 设置通道特殊机床数据，主要包括德马吉数控车削中心轴名设置有 X、Z、SP1、SP2 共 4 个轴。主要说明本设备所处的通道号，以及轴号与轴名的对应关系，其中 SP1 和 2 为旋转轴，X、Z 为直线轴。按软功能键(Channel Specific)，通道特殊机床数据同在一个通道内，轴名不能重复，系统设定数据 : 按软功能键 General 进行系统设定数据的设置。机床数据都不过滤，再按软功能键 Machine Date，进入参数菜单。过滤器功能这时用 Display Option，取消，进入驱动配置页面，按 M M C 上的水平软功能键进入通道，进行机床数据MD 的设置 (D RIV ECONFIG)。表 1 为车削加工中心驱动模块位置表。
表 1 车削加工中心驱动模块位置表
下一坐标轴电动机参数配置，根据实际情况选1AXIS 或者 2AXI，水平软功能键 (INSERT MODEL)会在被按下后，按照电动机铭牌选相应代号的电动机。我们这里选择的是双轴模块，用垂直软功能键(DRIVE+) 或者 (DRIVE-) 选，直到进给轴进给驱动，完成后进行驱动的配置，主轴 MSD 未被激活，是浅灰色的，主轴 MSD、进给驱动 FDD 软功能键变清晰 , 被激活。电动机的选择需要遵循安装电动机铭牌选相应代号，启动电动机。图 2 为西门子 SINUMERIK840D 数控系统。
图 2 西门子 SINUMERIK840D 数控系统
4 、结语
综上所述 , 经过对系统应用调试中的统筹兼顾 , 最终确定了西门子 SINUMERIK840D 数控系统的升级改造方案，设置了 PLC 程序及 SINUMERIK840D 机床参数，使得该系统成为了当今世界较为先进的控制系统。如今，进行数控系统的应用，主旋律是升级改造车削加工中心，坚持数控系统的主旋律，让数控车削加工中心无论在功能强大性、运行可靠性、性能全面性、可维修简便性等方面都达到了一个新的高度，重新焕发了生命，而且也满足了企业获得最大经济效益的生产目标，达到预期目的。
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