西门子802D数控系统在小卧车改造中的应用
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摘要:Si-291小卧车采用北京机床研究所早期开发的BS-03A数控系统,配置BESK-SERVOFMW直流伺服电机驱动系统,该系统年代久远,备件无法更换,在使用过程中出现了无法回参考点的故障。现采用西门子802d数控系统对其实施全方位的一体化改造。
Abstract: Si-291 car adopts BS-03A control system early developed by Beijing machine tool institute, its configuration is BESK-SERVOFMW DC servo motor drive system, which was so old that spare parts can not be replaced, then it emerged faults of the reference point can not be returned. Siemens 802D CNC system is adopted to make the comprehensive transformation.
Key words: Si-291 car;Siemens 802D CNC system;transformation
中图分类号:TP27 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)09-0241-01
0引言
Si-291小卧车原本是我公司汽发分厂的设备,由于近年来不断引进新设备,Si-291小卧车决定迁至我公司工装分厂。原有Si-291小卧车采用北京机床研究所早期开发的BS-03A数控系统,配置BESK-SERVOFMW直流伺服电机驱动系统,该数控系统以及伺服系统是北京机床研究所自行开发的系统。该系统年代久远,备件无法更换,在使用过程中出现了无法回参考点的故障。但如果该机床报废势必造成是毕要有所经济损失,公司最终决定对其实施全方位的一体化改造。
1设计与安装调试
Si-291小卧车是在普通CZK63系列小卧车的基础之上开发研制的,原有小卧车X、Z轴配置直流伺服电机,传动系统为滚珠丝杠,所以具有改造先决条件,但其主轴传动系统采取的是普通的三相交流电机,由机械变挡控制转速,同时主轴电机携带泵,实行对主轴箱轴承及齿轮的,主轴转速范围为10-1400r/min。根据以上机床本身所具有的特点,决定采用西门子802D数控系统配置611UE伺服装置,更换原有直流伺服电机,配套使用西门子1FK7电机。主轴采用西门子MASTER 440变频器对其实施控制,这是因为611UE双轴模块可以携带两个进给轴和一个模拟主轴。按此改造方案,实施完毕后,主轴可由数控系统CNC发出指令,在加工过程中,能够执行M03、M04指令,并且由于安装了带直接编码器的模拟量主轴,可以实现每转进给量G94恒螺矩攻螺纹G33等功能。
1.1 西门子802D数控系统简介SINUMERIK 802D数控系统将所有的CNC、PLC、HMI和通讯、任务集成。由一个单一的部件,免维修的硬件结构集成了PROFIBUS接口用于连接驱动系统611UE和I/O模块,并具有连装结构的超薄的操作面板。SINUMERIK 802D最高可控制4个数字进给轴和1个主轴且配备SIMODRIVE 611UE和带编码器的1FK7伺服电机做为进给驱动系统。SIMODRIVE 611UE具有模块化设计和PROFIBUS接口,因而各轴驱动的功率模块独立配置。另外主轴在车床或铣床系统中分别作为第3轴或第4轴(屏蔽A轴后)控制,也可以通过模拟接口控制。这种通用的方案也适用于简易型机床。PLC指令结构采取SIMATC S7-200指令等,可以直接适用于机床,在SINUMERIK上不仅可以进行工件编程,而且还可以使用非西门子的G代码。通过PROFIBUS连接的I/O模块PP72/48最多可扩展为2个,足以满足一般的金切加工设备,例如车床、铣床、钻床等。同时西门子802D数控系统提供用于车床和铣床标准控制的机床面板MCP,在标准机床面板上,提供了6个用户自定义键,当然也可以据自己的需要设计机床操作面板。
1.2 西门子MASTER 440变频器简介MICROMASTER 440变频器适用于各种变速驱动应用场合,其灵活性提供了广泛的应用可能,较适用于起重系统、立体仓库、食品和包装行业等的定位应用。MICROMASTER 440变频器采用模块化设计,操作面板和PROFIBUS模块可以用于固定和安装,同时采取了最新的IGBT技术,是一个高质量的矢量控制系统,磁通电流控制FCC改善动态响应,并且优化电机控制。在本次改造中主要实施对主轴电机的恒力矩控制。
1.3 机床的电气原理及PLC程序的研制根据机床的实际特点,在此次改造中增加了主轴箱油泵电机,并且增加了给导轨副及轴承的电子泵,其中油泵电机、冷却电机以及刀架电机均采集其控制的辅助触点用于机床的逻辑控制,充分考虑了机床限位、急停以及主轴与进给轴之间的重要联系,将机床输入、输出信号分别通过PP72/48采集进机床,并由此进行控制。在PLC程序方面,由于西门子公司提供了车床或铣床的标准程序,所以应用较为简捷,使用了标准子程序中的PLC初始化,机床控制面板MCP信号与NC信号的传递,由HMI方式控制手轮等PLC程序,同时针对机床本身的特点自行编制了冷却液控制,四刀位控制刀架,电子泵控制等一系列的PLC程序。在经过各驱动轴,主轴的调试后,运行PLC程序完全满足了卧车所要求的具体功能,同时根据操作人员的加工需要,将机床照明、、换刀等功能定位于6个西门子所提供的自定义键上。使操作变得尤为简单可靠。在主轴控制方面,利用611UE提供的模块接口75.A和15端子对变频器MICROMASTER 440进行控制。同时通过设计PLC程序切断或接通变频器的控制使能。经过一段时期的试运行后,其加工精度以及运行可靠都得到了良好的效果,实践证明,用西门子802D数控系统以及MICROMASTER 440变频器控制车床是稳定可靠的,能够很好地完成各类金切加工任务。
2改造效果
此次Si-291小数控卧车的改造方案是以机床的实际情况为基础,综合考虑了机床性能、功能与相关的技术指标以应用的数控系统为当前流行主流为前提确保其备件服务良好的因素下实施的,经过机械方面的调整,消除了原有机床存在的齿轮间隙较大的缺点,同时使原本为简易的小卧车变为数控卧车,实现了真正意义上的数字控制。机床改造后运行效益十分明显,工装分厂的大批量小件生产总是在其上能收高精度、高速度顺利完成。缓解了我公司在小型加工设备上存在的加工制造紧张情况,为公司创造了极大的经济效益。