卧式铣床数控系统改造方法研究

卧式铣床是八十年代末从东德购入的一台普通数控机床。有继电器控制和一个具有定位功能的数控装置及PLC组成的控制系统。有四个进给轴和一个主轴，另加一个机械切换旋转轴，四个进给轴由两套可控硅驱动装置切换驱动，单独一套主轴驱动系统。由于电气控制元件老化，整体可靠性差，故障频繁，现在已经无法正常使用。为解决上述问题，针对BFT130卧式镗铣床的结构特点，对其进行数控化改造。该机床机械传动采用了定比齿轮箱和滚珠丝杠，机械精度好，传动精度较高，能够满足数控改造的基本要求。

对机床状况的了解深入与否往往决定一个项目的成败。可根据被改造机床的结构。性能、运行状态、现有加工精度、特殊功能等要求，结合电缆长度、电机扭矩及额定转速、主轴功率。系统安装空间等细节提出性能价格比最优的选型与配置方案。该改造项目我们采用西门子新型SINUMERIK 840 Di数控系统和 S7～300可编程控制器，伺服驱动系统采用三套 61交流驱动及IFTS交流伺服电机，并与位置检测元件一起构成全闭环控制系统。对主轴的控制采用英国欧陆590全数字直流调速系统，取代原有电器控制元件，重新配制电气控制柜。BFT 30卧式镗铣床有一个主轴和四个进给轴，编制新的PLC逻辑控制程序可以实现机床三轴联动，进行三维的立体加工。SINUMERIK 840 Di数控系统具有3D插补、螺旋线插补、钻削和铣削循环加工、图形与坐标编程、图形仿真、螺纹转速进给功能，还有刀具半径和长度补偿、丝杠螺距和齿轮间隙补偿等功自自。

SINUMERIK 840 Di数控系统是西门子公司于2001年研制的高档数控系统，该系统提供了一个基于PC的控制概念。它除了高度的软硬件开放性，还具有以下显著特点：CNC控制功能与HMI功能一起都在 PC处理器上运行；840 Di带有大量标准化工业PC机接口，用于驱动和 I／O的PROFIBUS—DP现场总线，WINDOWS NT操作系统，OPC应用接口和NC控制软件。840 Di适用于多种机床的数控系统技术改造，具有广泛的应用前景。

SINUMERIK 840 Di数控系统有三种基本工作方式：AUT（自动）、JOG（手动）和MDA（手动数据输人／自动加工）方式。此外还有四种机床功能：增量点动功能（步进）、重定位功能（断点返回）、返回参考点功能和设定实际值功能（刀补）。此外SINUMERIK 840 Di数控系统的PCU 50还带有一个SG硬盘，可以把SINUMERIK 840 Di数控系统的数据（包括NC数据。PLC数据和补偿数据）备份到硬盘上，也可以通过 RS 232端口或软驱备份到外部PC，极大的方便机床的操作与维护。机床采用西门子S 7—300 PLC逻辑控制器，原来的机床逻辑控制由西门子S 7—300可编程逻辑控制器所取代。西门子S 7－300 PLC有一条MPI现场总线与PCU连接，通过MPI总线与主机进行信息交换。首先在PCU 50中对S 7一300的软件进行硬件组态的设置。使S 7—300的软件在 840 Di数控系统中体现。然后进行 PLC的编程。对PLC的编程可分以下几个步骤进行：

a．分析机床的电气控制原理和结构特

b．消化理解原机床电气逻辑控制程序功能；

C．建立新的PLC程序框图；

d．编制新的软件和硬件接口程序；

e．编制新的功能块程序。

卧式铣床数控系统的零件加工程序是国际标准化的ISO代码编制的，它可以利用自动编程工具软件的图形编程功能，形成引 代码的零件加工程序或用手工编程。除了 840 Di数控系统编程手册所描述的功能代码外，还针对该机床的结构特点，通过PLC编程控制机床，使其具有如下辅助的M代码功能。

该机床采用的伺服系统是6ilA交流驱动系统。数控机床的性能很大程度上取决于伺服驱动系统以及位置控制系统的性能，如机床的最高运行速度、跟踪精度、定位精度。重复定位精度等重要指标均取决于伺服驱动系统以及位置控制系统的动态和静态特性。伺服驱动系统是由电机和速度控制单元组成，它可以任意调节速度并提供切削过程所需要的转距和功率。位置闭环控制系统需要位置反馈检测元件，它是基于反馈控制原理工作的，把反馈信号与输人的指令进行比较，以形成误差值，并用此误差值来控制伺服机构运转。位置控制是精确的控制机床运动部件的坐标位置，快速而准确的跟踪指令运动。

首先拆除原电气控制系统，安装新的电气控制柜及数控系统，将机床上的电气信号元件连接到控制柜，通过加工法兰和连接齿轮安装电机。

按照卧式铣床的电气与数控设计图纸，完成硬件连接，并将安装有 SIMATIC S 7－300的编程软件的电脑通过SINUMERIK FM—NC数控系统的 RS 232串口联机，系统可以通电调试。首先将各种机床数据、PLC机床控制程序，报警文本等信息传送到 SINUMERIK 840 Di数控系统，操作机床的各种基本功能，如机床控制面板的操作、急停控制、行程限位控制、回参考点控制等；另外还有外围设备的控制功能，如液压。润滑、进给轴机械夹紧放松、主轴换档等。按照不同的功能和调试的实际情况，可对数控系统的参数进行修改。

卧式铣床经过改造后通过一段时间的运行证明，SINUMERIK 840 Di数控系统在BFT 130卧式镗铣床的数控改造中的应用是成功的，技术是先进的，达到并超过了预期的目标。该机床的各项配置（包括软件、硬件和电气）都达到并超过了原有机床性能。国内同等规模的数控卧式镗铣床，价格都在200万人民币左右。该卧式镗铣床的改造成功，缓解了我公司零部件加工制造中的紧张情况，已经为我公司创造出很大的经济效益。

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