基于西门子数控机床控制系统设计研究
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摘要：由西门子公司开发和生产的数控系统在机床控制上的应用非常的普遍，因为其具有较为简单的结构，能够实现高精度的控制，同时也有着方便进行软件开发等优点，受到业界的广泛好评。本文就西门子数控机床控制系统的内容以及机场控制系统设计的实际过程进行了详细的介绍。
关键词：数控技术 西门子数控 控制系统设计
中图分类号：TP306 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）04-0042-01
在数控领域，直流技术是最常被用来驱动和控制的方式，特别是在双电机驱动的设备中。直流技术在转速以及控制转矩方面都具有优势，同时拥有较宽的转速调控范围，尤其是驱动转速较低的设备，它精度高的旋转能力非常适合。这些优势决定了直流技术对于驱动装置的适用性。在调试和组态双电机驱动的设备时，一般通过数字操作员面板以及标准工具来完成。使用者只要将DCM通过PROFIBUS接口以及数字和模拟量接口集成自动化解决方案中即可，不需要太多的投入。西门子数控机床控制系统是一个可以拓展的驱动系统，它不仅能够用于一些基本的设备，如挤出机和轧机，还能够用于较高的装置中，如升降机和缆车等。在应用过程中，要根据实际情况对西门子数控系统进行性质和功能的相应调整。西门子数控系统的优势决定了它的实际可用性，在保证生产质量的同时，还能够使生产效率得到显著地提高。
1 西门子数控机床控制系统的简介
众所周知，西门子公司在电气行业具有很高的地位，其生产的很多电气类设备都受到了广泛的好评。从上世纪末期，西门子进行了数控机床控制系统的研发，西门子数控系统的问世给整个机床业的生产带来新的活力。CNC数控装置是西门子数控系统的关键部分，近年来，随着技术的不断发展，西门子公司已经在CNC核心技术的基础上，研发了一系列的知名产品。这些产品的用户遍及全球，在我国也有相当大的市场占有率。西门子数控系统有几个基本的组成部分，核心是CNC数控设备，还有交直流驱动系统，进行位置和编程控制的系统，以及进行通信和辅助的设备。其中数控系统肩负着控制整个系统的重任，在数控机床的控制部件中属于核心部件；交直流驱动系统，顾名思义就是完成进给、直流以及交流电机的驱动工作；控制数字机床内部运行秩序的工作是由可编程控制器来完成的；对于系统的位置也要进行准确的定位，位置控制系统便是实现对位置的控制；内部产生的信息，通过通信系统实现传递和控制；数控设备中键盘以及显示等系统部分是进行辅助的部分，属于数控系统中的辅助系统。以上的功能模块通过技术人员的处理，在数字机床上进行安装，再根据机床的特定工作性能，对西门子控制模块进行重新编写，完成后就能够进行机床的自动控制生产。
为了方便对于西门子数控系统设计的理解，我们以其在轧辊磨床上的实际应用为例来进行分析。我们知道在轧辊过程中，在对轧辊表面出现的精度磨损进行修复的同时，还要适应加工工艺的要求把产品加工出一定的弯曲度，这种难度较大的加工，只有精度较高的数控机床才能够实现。这种问题，只要对轧辊磨床进行西门子数控系统的安装就能够解决，不仅能够完成较高难度的加工，还能够提高生产质量。
2.1 数控机床的硬件设计
一般来说，数字机床包括两个部分，控制软件以及机械硬件。轧辊磨床同样包含电气控制和硬件两个组成部分。其中，机械部分主要负责磨削和承载的工作，电气控制系统包括数控以及驱动模块。我们主要介绍电气控制系统的设计。通过水平方向或者垂直方向的数控键盘能够完成直接的连接，PROFIBUS DP系统可以使I/O进行操作。除此之外，这个系统可以进行5轴数字驱动，通过Plus S2和Pro S3型驱动来实现，同时需要适配于以上两个型号的PLC轴数字驱动一个。在驱动系统的选用方面，根据适配性的原则，选用交流驱动模块SINAMICS120，同时在进行数控装置的连接时，数据总线选用DRIVECLIO，这样数控系统就能够对编码器ID信息和电动机进行自动的识别。硬件连接准备好之后，只需要将电机插入到控制系统之中，控制系统就会将其作为一个组件进行身份识别，免除了调试和安装的过程，使机床的数控建设得到简化。再通过直流调速器6RA70来实现直流电机的驱动，西门子系统能够实现图像、信息以及故障情况的显示，同时通过辅助键盘能够方便的实现控制命令的输入。在数控系统的内部可以进行小型PLC的植入，这样就能够在机床内部实现逻辑控制，实现各通道的同步生产。
如果数控机床需要5轴驱动力，就需要选用SINUMERIK802D s1进行驱动，同时在工件和砂轮的驱动中采用Z4直流电动机两台，同时在机床轴驱动上设置1FK7交流电动机三台。这样一来，就能够使轧辊磨床在进行主轴驱动的同时，完成三个辅助驱动轴的控制。通道可以保持独立，也可以进行组合，通过PLC进行各种控制方式的同步控制，能够避免混乱。除此之外，在以上硬件配置的基础上，还应该给数控系统配置一套操作面板的接口以完成对于驱动模块的控制，配置两套PLC接口模块使数控装置得到完善，再配置两套D/A模块和一套电源以备不时之需。在数控系统中进行对于温度、位移以及电压等进行测量的辅助系统的设置也十分必要。
2.2 控制系统的软件设计
如果在机床的数控系统安装中选用SINUMERIK802D系统，那么系统软件选用NC编程或者DIN、ISO代码编程均可。对于PLC编程，要实现逻辑方面的控制，可以通过梯形图等语言来进行编程。圆弧半径、极坐标、轮廓冲突和描述等编程都能够得到编程系统的支持，也可以将加工循环编入使编程更加简化。此外，还应该进行各种补偿功能的设置，如刀尖和刀具半径补偿、反向间隙以及螺距补偿等。在进行编程时还要进行曲线逼近、插值等子程序软件的设置，为程序的调用做准备。这样的系统软件设计，能够出色的完成对各项工作的控制，还能够通过显示图像模拟的方式使调试工作更加直观，达到编程难度降低的目的。
3 结语
综上所述，西门子数控系统的优秀品质，不仅使机床的生产质量和效率得到提高，还保证了系统操作的便利。西门子数控系统通过对硬件结构以及输出方式的有效管理以及程序设计的简化，使数控机床的建设在时间和资金上都得到降低。在实际的应用中，要针对机床性能和功能等的实际情况，合理的进行系统软硬件的设计，选用最佳的西门子电气设备，使机床的生产状况达到最好。
参考文献
[1]王贲，徐东林.基于西门子数控机床控制系统设计研究[J].科技传播，2012（1）.
[2]宋杨.西门子数控系统及机床驱动装置[J].新技术新工艺，2010（2）.