BFT130臥式鏜銑床是八十年代末從東德購(gòu)入的一臺(tái)普通數(shù)控機(jī)床避顶。有四個(gè)進(jìn)給軸和一個(gè)主軸囊颅，另加一個(gè)機(jī)械切換旋轉(zhuǎn)軸续徽，四個(gè)進(jìn)給軸由兩套可控硅驅(qū)動(dòng)裝置切換驅(qū)動(dòng)复颈，單獨(dú)一套主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)绩聘，采用繼電器控制，由一個(gè)具有定位功能的數(shù)控裝置及PLC組成控制系統(tǒng)圾董，由于原系統(tǒng)電氣控制元件老化美卒，整體可靠性差，故障頻繁韧践，已經(jīng)無(wú)法正常使用轿战，為解決上述問(wèn)題，針對(duì)BFT130臥式鏜銑床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)随象，對(duì)其進(jìn)行數(shù)控化改造载蜓。該機(jī)床機(jī)械傳動(dòng)采用了定比齒輪箱和滾珠絲杠，機(jī)械精度好聪蔬，傳動(dòng)精度較高肄绢，能夠滿足數(shù)控改造的基本要求。

機(jī)床改造可行性分析无价、選型設(shè)計(jì)

根據(jù)該機(jī)床的結(jié)構(gòu)详毡、性能、運(yùn)行狀態(tài)琳柱、現(xiàn)有加工精度耻陕、特殊功能等要求，結(jié)合電纜長(zhǎng)度刨沦、電機(jī)扭矩及額定轉(zhuǎn)速诗宣、主軸功率、系統(tǒng)安裝空間等細(xì)節(jié)提出性能價(jià)格比較優(yōu)的選型與配置方案想诅。該項(xiàng)目采用西門(mén)子SINUMERIK 840Di數(shù)控系統(tǒng)和S7-300可編程控制器召庞，伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用三套611A交流驅(qū)動(dòng)及1FT5交流伺服電機(jī)，并與位置檢測(cè)元件一起構(gòu)成全閉環(huán)控制系統(tǒng)来破。主軸采用英國(guó)歐陸590全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)篮灼。工作臺(tái)B軸增加圓光柵編碼器改為數(shù)控軸。取代原有電器控制元件，重新配制電氣控制柜诅诱。改造后BFT130臥式鏜銑床有一個(gè)主軸和五個(gè)進(jìn)給軸髓堪，編制了新的PLC邏輯控制程序，實(shí)現(xiàn)機(jī)床三軸聯(lián)動(dòng)逢艘，進(jìn)行三維的立體加工。SINUMERIK 840Di數(shù)控系統(tǒng)具有3D插補(bǔ)骤菠、螺旋線插補(bǔ)它改、樣條插補(bǔ)、鉆削和銑削循環(huán)加工刃傻、圖形與極坐標(biāo)編程引苇、圖形仿真、螺紋轉(zhuǎn)速進(jìn)給功能鸣谒，還有刀具半徑和長(zhǎng)度補(bǔ)償牌鹊，絲杠螺距和齒輪間隙補(bǔ)償?shù)裙δ堋?/p>

關(guān)于西門(mén)子840Di數(shù)控系統(tǒng)的簡(jiǎn)介

SINUMERIK 840Di數(shù)控系統(tǒng)是西門(mén)子公司于2001年研制的適用于各種控制領(lǐng)域滿足不同要求的數(shù)控系統(tǒng)，它除了具有高度的軟硬件開(kāi)放性沟奸，還有以下顯著特點(diǎn)：CNC控制功能與HMI功能一起都在PCU50處理器上運(yùn)行己倾，840Di帶有大量標(biāo)準(zhǔn)化工業(yè)PC機(jī)接口，配有可用于伺服驅(qū)動(dòng)和I/O的PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線扶取，WINDOWS NT操作系統(tǒng)蔫迅，OPC（用于過(guò)程控制的OLE）應(yīng)用接口和CNC控制軟件，具有中英文轉(zhuǎn)換界面芜田，有豐富的自診斷功能具藐，同時(shí)由于840Di具有高級(jí)語(yǔ)言編程特色的用戶友好編程界面，用戶可以使用Visual Basic 和Visual C++等開(kāi)發(fā)工具自行開(kāi)發(fā)菜單和基本操作界面蜈沛，添加功能鍵庞溜，設(shè)定具有用戶特色的輸入方式，滿足特定工藝的加工要求碑定。840Di適用于多種機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)改造流码，具有廣泛的應(yīng)用前景。

SINUMERIK 840Di數(shù)控系統(tǒng)有三種基本工作方式：AUTO（自動(dòng)）延刘、JOG（手動(dòng)）和MDA（手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入/自動(dòng)加工）方式旅掂。此外還有四種機(jī)床功能：增量點(diǎn)動(dòng)功能（步進(jìn)）、重定位功能（斷點(diǎn)返回）访娶、返回參考點(diǎn)功能和設(shè)定實(shí)際值功能商虐，配有手持單元方便手動(dòng)與對(duì)刀。此外SINUMERIK 840Di數(shù)控系統(tǒng)的PCU50還帶有一個(gè)10G硬盤(pán)崖疤，可以把SINUMERIK 840Di數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)（包括NC數(shù)據(jù)秘车、PLC數(shù)據(jù)和補(bǔ)償數(shù)據(jù)等）備份到硬盤(pán)上，也可以通過(guò)RS232端口或軟驅(qū)備份到外部PC，極大的方便了機(jī)床的操作與維護(hù)叮趴。

 BFT130臥式鏜銑床PLC控制程序的開(kāi)發(fā)與編制

本機(jī)床采用西門(mén)子S7-300PLC邏輯控制器原來(lái)的機(jī)床邏輯控制用西門(mén)子S7-300可編程邏輯控制器取代割笙。西門(mén)子S7-300PLC有一條MPI現(xiàn)場(chǎng)總線與MCP機(jī)床操作面板連接，MCP通過(guò)MPI總線與主機(jī)進(jìn)行信息交換丰躺。有一條PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線與PCU連接勉惋，通過(guò)PROFIBUS總線PLC擴(kuò)展單元ET200和ADI4與主機(jī)PCU50進(jìn)行信息交換，通過(guò)PROFIBUS+DP實(shí)現(xiàn)I/O與驅(qū)動(dòng)參數(shù)的調(diào)整和優(yōu)化肄琉。首先在PCU50中對(duì)S7-300的ET200和ADI4的硬件配置進(jìn)行軟件組態(tài)的設(shè)置丧爸，ADI4可給出10V的模擬指令電壓，可接收編碼器或光柵尺經(jīng)過(guò)整型放大后的TTL信號(hào)洋训。然后進(jìn)行PLC的編程带超，對(duì)PLC的編程可分以下幾個(gè)步驟進(jìn)行：1）分析機(jī)床的電氣控制原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；2）理解原機(jī)床液壓控制功能妙散；3）建立新的PLC程序框圖昨宋；4）編制新的軟件和硬件接口控制程序；5）編制新的功能塊程序诅慧。

零件程序的編制

BFT130臥式鏜銑床數(shù)控系統(tǒng)的零件加工程序是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的ISO代碼編制的紧除，它可以利用自動(dòng)編程工具軟件的圖形編程功能，形成ISO代碼的零件加工程序或用手工編程班聂。除了840Di數(shù)控系統(tǒng)編程手冊(cè)所描述的功能代碼外缔直，還針對(duì)該機(jī)床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過(guò)PLC編程控制機(jī)床博其，使其具有如下輔助的M代碼功能：

M00-程序無(wú)條件停止套才；M01-程序有條件停止；M02-程序執(zhí)行結(jié)束慕淡；M03-主軸正轉(zhuǎn)背伴；M04-主軸反轉(zhuǎn)M05-主軸停止；M08-冷卻液開(kāi)峰髓；M09-冷卻液關(guān)傻寂；M10-軸X、Y携兵、W夾緊疾掰；M11-軸X、Y徐紧、W放松静檬；M19-主軸定位停；M20-上滑板X(qián)軸夾緊并级；M22-鏜箱Y軸夾緊拂檩；M24-下滑板Z軸夾緊侮腹；M26-鏜桿W軸夾緊；M28-轉(zhuǎn)臺(tái)B軸夾緊：M21-上滑板X(qián)軸放松夭蒜；M23-鏜箱Y軸放松栋灿；M25-下滑板Z軸放松；M27-鏜桿W軸放松值舌；M29-轉(zhuǎn)臺(tái)B軸放松浴瞭；M30-主程序結(jié)束返回；M31-清除所有放松的軸漓蜗；M40-主軸自動(dòng)換擋岳散；M41-選擇主軸第一擋；M42-選擇主軸第二檔提钟；M43-選擇主軸第三擋和爽；M44-選擇主軸第四擋藐檀。

 BFT30臣式鏜銑床伺服系統(tǒng)

該機(jī)床進(jìn)給軸采用的伺服系統(tǒng)是611A锻转。交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。數(shù)控機(jī)床的性能很大程度上取決于伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及位置控制系統(tǒng)的性能晨墓，如機(jī)床的最高運(yùn)行速度稽羔、跟蹤精度、定位精度唐片、重復(fù)定位精度等重要指標(biāo)均取決于伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及位置控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性丙猬。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是由電機(jī)和速度控制單元組成，它可以任意調(diào)節(jié)速度并提供切削過(guò)程所需要的轉(zhuǎn)矩和功率费韭。位置閉環(huán)控制系統(tǒng)需要位置反饋檢測(cè)元件茧球，它是基于反饋控制原理工作的，把反饋信號(hào)與輸入的指令進(jìn)行比較星持，以形成誤差值抢埋，并用此誤差值來(lái)控制伺服機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)。位置控制是精確的控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的坐標(biāo)位置督暂，快速而準(zhǔn)確的跟蹤指令運(yùn)動(dòng)揪垄。611A交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有寬的調(diào)速范圍、高的穩(wěn)速精度和足夠的傳動(dòng)剛度逻翁、快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和無(wú)超調(diào)饥努、低速大轉(zhuǎn)矩、以及在四象限內(nèi)可逆運(yùn)行運(yùn)動(dòng)等良好的技術(shù)特性八回。

根據(jù)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩方程：M-Mf=J·dw/dt酷愧，式中M-電機(jī)的軸輸出轉(zhuǎn)矩，Mf-摩擦轉(zhuǎn)矩撼烹，J-折算到電機(jī)軸上總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量邦霸，在這種情況下丹蛀，軸定位驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能否提供足夠大的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩Jdw/dt，將成為影響定位精度的最主要原因幕封。為此春陆，我們選用了29Nm交流伺服電機(jī)比原直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩大。改造后轉(zhuǎn)矩M2>M1, J2<J1,, Mf2=Mf1铁磕〉⌒矗可見(jiàn)改造后可以提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)加速度dw/dt，提高定位精度剖宪。在西門(mén)子交流伺服系統(tǒng)上采用大功率晶體管作主回路驅(qū)動(dòng)元件比原直流伺服系統(tǒng)可控硅的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間要快竟恩，這些對(duì)于軸定位精度都是大有益處的。

該機(jī)床的X雨晃、Z伸坑、B軸采用同一臺(tái)伺服電機(jī)，機(jī)械通過(guò)電磁離合器進(jìn)行切換躺刷，各軸均有機(jī)械液壓夾緊機(jī)構(gòu)念脯，Y軸電機(jī)帶有電磁抱閘，W軸電機(jī)有內(nèi)置編碼器弯淘。

數(shù)控電氣系統(tǒng)的安裝

首先拆除原電氣控制系統(tǒng)绿店，安裝新的電氣控制柜及數(shù)控系統(tǒng)，將機(jī)床上電氣元件的信號(hào)線連接到控制柜接線端子庐橙，通過(guò)加工的法蘭和齒輪安裝電機(jī)假勿，連接海德漢光柵尺接口信號(hào)。

工作臺(tái)增加圓光柵編碼器态鳖，把B軸改造成可任意位置分度數(shù)控軸转培。

SINUMERIK 840Di數(shù)控系統(tǒng)的啟動(dòng)和調(diào)試

NC啟動(dòng)

首先安裝PCU50的HMI系統(tǒng)軟件，配置PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線參數(shù)浆竭，啟動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)浸须，進(jìn)入機(jī)床的參數(shù)設(shè)定界面，進(jìn)入“GENERAL”窗口兆蕉，設(shè)置“定義各軸名稱”的參數(shù)（各軸的名稱不可重復(fù)）羽戒；然后進(jìn)入“CHANNEL SPECIFIC”窗口，這里的參數(shù)有四類虎韵，分別為：1）把幾何軸分配到通道巷况，2）幾何軸的名稱，3）設(shè)定哪個(gè)機(jī)床軸通道有效扣飘，4）編程時(shí)所用的軸诵捏；然后進(jìn)入“DRIVE CONFIG”窗口，在這里匹配驅(qū)動(dòng)杀蝌，最后進(jìn)入“MACHINE DATA”罕鞭，設(shè)置各個(gè)軸（包括主軸）的具體參數(shù)：轉(zhuǎn)速極限屋孕、最高速度、位置增益驴嚣、定位誤差硕纯、報(bào)警極限等等。

調(diào)試

按照BFT130臥式鏜銑床的數(shù)控與電氣設(shè)計(jì)圖紙黔巨，完成硬件連接握帘，并將安裝有SIMATIC S7-300 的編程軟件的計(jì)算機(jī)通過(guò)PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線和SINUMERIK840Di數(shù)控系統(tǒng)連接，系統(tǒng)可以通電調(diào)試预甲。首先將各種機(jī)床數(shù)據(jù)篱俊、PLC機(jī)床控制程序，報(bào)警文本等信息傳送到SINUMERIK 840Di數(shù)控系統(tǒng)耳鸯，操作機(jī)床的各種基本功能湿蛔，如機(jī)床控制面板的操作、急拖嘏溃控制阳啥、進(jìn)給伺服和主軸上電順序和使能控制、行程限位保護(hù)控制捌省、手持單元操作控制苫纤、報(bào)警處理碉钠、回參考點(diǎn)控制等纲缓；另外還有外圍設(shè)備的控制功能，如液壓喊废、潤(rùn)滑祝高、冷卻、進(jìn)給軸機(jī)械夾緊放松污筷、刀具夾緊放松工闺、主軸換擋等。

設(shè)置各個(gè)軸的具體參數(shù)時(shí)瓣蛀，按照不同的功能和調(diào)試的實(shí)際情況尾烛，可對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的幾千個(gè)參數(shù)進(jìn)行修改調(diào)整。在位置控制中匹配參數(shù)使檢測(cè)的脈沖當(dāng)量為1微米踢周，設(shè)置前饋控制功能等萤考，差補(bǔ)周期選為2ms，設(shè)定加速時(shí)間常數(shù)為1s黎撤；在不振蕩的條件下乒柳，盡量增大位置環(huán)和速度環(huán)的比例增益系數(shù)，增加伺服系統(tǒng)的剛度侄灭，減小跟隨誤差以提高定位精度彭铐。設(shè)定各軸零點(diǎn)漂移自動(dòng)補(bǔ)償功能和參數(shù)岸欣，設(shè)定粗精停范圍參數(shù)，設(shè)定跟隨誤差報(bào)警范圍等參數(shù)摊谢，使機(jī)床穩(wěn)定可靠的運(yùn)行凰届。

改造后的實(shí)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值

BFT130臥式鏜銑床經(jīng)過(guò)改造后通過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行證明，SINUMERIK 840Di數(shù)控系統(tǒng)在BFT130臥式鏜銑床的數(shù)控改造中的應(yīng)用是成功的辕芳，尤其是將普通轉(zhuǎn)臺(tái)改造成只有數(shù)控分度功能的數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)桶棍，改造后BFT130臥式鏜銑床有一個(gè)主軸和五個(gè)進(jìn)給軸，技術(shù)是先進(jìn)的性宏，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)群井。該臥式鏜銑床的改造成功，已經(jīng)為工廠創(chuàng)造了很大的經(jīng)濟(jì)效益毫胜。

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