數(shù)控改造與西門子數(shù)控系統(tǒng)性能的對照

下面逐一加以剖析

1、 SINUMERIK 802S/C系統(tǒng)：
802S和802C系統(tǒng)標準配置包具備了所有的必要組成單元: NC, PLC, 操作面板, 機床控制面板, 輸入/輸出單元及系統(tǒng)軟件. 操作編程極其簡便、免維護、性能價格比高，是專門為低端CNC機床市場而開發(fā)的經(jīng)濟型CNC控制系統(tǒng)。在中國的銷售非常成功。
802S/C兩個系統(tǒng)具有同樣的顯示器，操作面板，數(shù)控功能，PLC編程方法等，所不同的只是SINUMERIK 802S帶有步進驅動系統(tǒng)，控制步進電機，可帶3個步進驅動軸及一個+/- 10V模擬伺服主軸； SINUMERIK 802C帶有伺服驅動系統(tǒng),它采用傳統(tǒng)的模擬伺服+/- 10V接口,最多可帶3個伺服驅動軸及一個伺服主軸。最新推出的802Se/Ce , 更是將CPU、輸入輸出點、控制接口等所有部件集成在面板背后，一體化的設計使得使用維護更為方便。因此802S和802C系統(tǒng)非常適合于普通機床、數(shù)顯機床的數(shù)控化改造以及低檔數(shù)控機床的數(shù)控配套和改造。我們曾經(jīng)應用的場合有數(shù)控車床、數(shù)控鏜銑床、數(shù)控磨床、槍鉆機床、專機等。
其中SINUMERIK 802C在車/銑加工應用技術上具有優(yōu)勢，配的是新型的西門子SIMODRIVE 611U，這種系統(tǒng)甚至可以連接3個坐標軸的光柵尺，形成閉環(huán)控制，所以我們也曾把它應用在座標鏜床、坐標磨床，性能價格比很高。

2、SINUMERIK 802D系統(tǒng)：
西門子公司在新世紀推出了802D數(shù)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)屬于中低檔系統(tǒng)，其特點是：全數(shù)字驅動，中文系統(tǒng)，結構簡單 (通過Profibus連接系統(tǒng)面板， I/O模塊和 伺服驅動系統(tǒng)。) 調試簡單 (通過PCMCIA卡批量調試)。具有免維護性能的SINUMERIK 802D 核心部件-控制面板單元（PCU）具有CNC、PLC、人機界面和通訊等功能，集成的PC硬件可使用戶非常容易地將控制系統(tǒng)安裝在機床上。
SINUMERIK 802D可控制4個數(shù)字進給軸和1個主軸。主軸完全通過PCU控制，既有數(shù)字接口，也可通過模擬接口控制。使用Profibus總線可非常簡潔地將伺服和I/O模塊等系統(tǒng)各部件直接相連。模塊化的驅動裝置SIMODRIVE 611 UE可以根據(jù)數(shù)控車床或數(shù)控銑床的需要配置各種驅動和電機，強大的Windows工具可非常輕松地設置驅動參數(shù)，位置測量可用電機端編碼器，也可以選用光柵尺，SINUMERIK 802D具有功能強大的PLC-SIMATIC S7-200，其編程工具可運行在任何PC機上，其診斷功能也非常完善。梯形圖編程和經(jīng)典的PLC程序舉例可非常方便地應用于機床控制。
SINUMERIK 802D系統(tǒng)雖屬于低檔系統(tǒng)但是基本上已經(jīng)是標準的數(shù)控系統(tǒng)，最適合于數(shù)控車床、銑床、磨床和帶小型刀庫的數(shù)控加工中心的配套及改造。

3、SINUMERIK 840D/810D/840Di系統(tǒng)：
840D/810D是幾乎同時推出的，具有非常高的系統(tǒng)一致性，
顯示/操作面板，機床操作面板
STEP7-300PLC 輸入/輸出模塊，PLC編程語言
數(shù)控系統(tǒng)操作，工件程序編程，參數(shù)設定，診斷等
伺服驅動的許多部件
由于以上的特點，該系列產(chǎn)品在許多企業(yè)應用及其廣泛，尤其在汽車，航空，機械等行業(yè)。采用810D/840D系統(tǒng)，S7300，Profibus，HMI等產(chǎn)品，客戶的利益得到了非常好的維護：操作的一致性，編程的一致性，備件的一致性，培訓，維修方便等，都可顯示中文。
A、 SINUMERIK 840D，它在復雜的系統(tǒng)平臺上，通過系統(tǒng)設定而適于各種控制技術。840D與SINUMERIK 611D數(shù)字驅動系統(tǒng)和SIMATIC S7可編程控制器一起，構成全數(shù)字控制系統(tǒng)。
它適于各種復雜加工任務的控制，具有優(yōu)于其它系統(tǒng)的動態(tài)品質和控制精度。 標準控制系統(tǒng)的特征是具有大量的控制功能，如鉆削、車削、銑削、磨削以及特殊控制，這些功能在使用中不會有任何相互影響。
由于開放的結構，這個完整的系統(tǒng)也適于其它技術如剪切、沖壓和激光加工等。
SINUMERIK 840D的突出之處在于其不斷擴展的特性。其自學習、自優(yōu)化系統(tǒng)使系統(tǒng)的調整時間大為縮短。精調也可按機床用戶的要求簡單自動地進行。遠程診斷使其故障的分析解決更加方便快捷。
& SINUMERIK 840D最大限度集成在與SIMODRIVE 611控制模塊相同的50mm寬框架中，將SINUMERIK 840D，SIMODRIVE 611D，加上先進的SIMATIC S7系統(tǒng)，即為機床的自動化提供了全方位的解決方案：全數(shù)字化的系統(tǒng)、革新的系統(tǒng)結構、更高的控制品質、更高的系統(tǒng)分辨率以及更短的采樣時間，確保了一流的工件質量。
840D采用了當今最先進的控制概念、適用于鉆削、銑削以及車削和磨削機床加工的控制。例如，具有數(shù)控系統(tǒng)和SIMODRIVE間數(shù)字通訊的車床可以達到磨床的加工精度。 SINUMERIK 840D還可以實現(xiàn)許多特殊的NC功能，這在同類系統(tǒng)中是難以看到的。
B、 SINUMERIK 810D是840D的CNC和驅動控制集成型，NC CPU和驅動集成在在一塊板子上，驅動的功率部分又可提供3個坐標和2個坐標兩種。簡單來說，也就是SINUMERIK 810D系統(tǒng)沒有驅動接口，SINUMERIK 810D NC軟件選件的基本包含了840D的全部功能，例如：
1） 同樣的鉆、銑、車等加工循環(huán)；
2） 提前預測功能，可以在集成控制系統(tǒng)上實現(xiàn)快速控制；
3） 坐標變換功能；
4） 固定點停止可以用來卡緊工件或定義簡單參考點；
5） 模擬量控制控制模擬信號輸出；
6） 刀具管理也是另一種功能強大的管理軟件選件；
7） 樣條插補功能(A，B，C樣條)用來產(chǎn)生平滑過渡；
8） 壓縮功能用來壓縮NC記錄；
9） 多項式插補功能可以提高SINUMERIK 810D/810DE運行速度；
10） 溫度補償功能保證您的數(shù)控系統(tǒng)在這種高技術、高速度運行狀態(tài)下保持正常溫度；
由此可見SINUMERIK 810D的功能和選件非常強大，并不低于840D，只是它的應用場合有其特殊性，合理的利用它內(nèi)部集成的驅動系統(tǒng)，可以減少成本并且獲得高性能。因而它不僅僅局限于數(shù)控機床配套，在木加工、石材處理或包裝機械等行業(yè)也有廣闊的應用前景。
在我們的改造實踐中，近2年來，運用最多的就是SINUMERIK 840D/810D，尤其是810D在強力磨床、外圓磨床、瓦楞輥磨床等機型應用上，頗有心得。

最近隨著采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線結構西門子840Di系統(tǒng)的推出，我們又多了一種頗有競爭力的選擇：

1） 全PC集成的SINUMERIK 840Di數(shù)控系統(tǒng)為您提供了一個基于PC的新潮的控制概念。得益于此概念的主要用是那些以某種方式使用了PC的場合或者使用分布式驅動和I/O的自控方案。應用領域包括木制品，玻璃，制陶，包裝，貼片機，沖壓機，彎曲機，以及各種機床和類似機床的機械。除了高度的軟、硬件開放性，SINUMERIK 840Di的顯著特點是，CNC控制控制功能與HMI功能一起都在PC處理器上運行。也就是說，可以省略傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中所需的NC處理單元。這種控制系統(tǒng)包含大量的標準化部件：帶接口卡的工業(yè)PC機，PROFIBUS-DP，Windows NT操作系統(tǒng)，OPC（用于過程控制的OLE）用接口和NC控制軟件。
2） SINUMERIK 840Di可提供給您的還很多。特別有利的是其在SINUMERIK家庭中的地位。例如，SINUMERIK 840D與SINUMERIK ８４０Di的NC和PLC功能，操作者功能和機床數(shù)據(jù)是兼容的。相應的NC程序和PLC程序在這兩個系統(tǒng)上都可運行。而且由于系統(tǒng)高度開放，軟件應用可同樣適用于兩個系統(tǒng)。SINUMERIK 840Di是SIMATIC和SIMODRIVE自動化控制環(huán)境的一部分。
3） 利用PROFIBUS-DP實現(xiàn)分布式配置。如今系統(tǒng)朝著分布式方向發(fā)展的趨勢是十分明顯的。而SINUMERIK 840Di的另一個重要特點就是帶有位置控制的PROFIBUS-DP。這是一種用于驅動和I/O的統(tǒng)一的現(xiàn)場總線。它允許數(shù)個系統(tǒng)實現(xiàn)分布式配置。
4） SIMATIC ProTool/Pro配置工具加上附屬的“SINUMERIK ProTool/Pro選件”為您提供了特殊便利。即，用戶可利用其來生成自己專用的用戶界面而不必掌握額外的軟件技能。
5） 全部功能集于同一模塊，實現(xiàn)最佳通訊。MCI板是一塊PCI式的插板。該模塊包含了集成的SIMATIC S7 315-2 DP PLC-CPU及用于MPI(多接口)和PROFIBUS DP接口接和I/O?？蛇B接SIMODRIVE611通用型驅動裝置。SIMATIC DP ET200模塊則可作為I/O。
4、SINUMERIK 840C系統(tǒng)：
SINUMERIK 840C系統(tǒng)一直雄居世界數(shù)控系統(tǒng)水平之首，內(nèi)裝功能強大的PLC 135WB2，可以控制SIMODRIVE 611A/D模擬式或數(shù)字式交流驅動系統(tǒng)，適合于高復雜度的數(shù)控機床。雖然已經(jīng)推出很多年，但依然表現(xiàn)良好，深受用戶歡迎。
我們的應用主要是在復雜的數(shù)控鏜銑床、加工中心、龍門加工中心、五面體加工中心、高檔磨床。

表2 SINUMERIK 840C功能表

5、與數(shù)控系統(tǒng)相配套地西門子先進的交流驅動系統(tǒng)

SIMODRIVE交流驅動系統(tǒng)采用了統(tǒng)一的伺服控制技術，進給伺服電機扭矩從0.33Nm至185Nm,交流主軸電機從3.7KW-100KW。適應不同的驅動系統(tǒng)解決方案。

SIMODRIVE611A:模擬式伺服，配合1FT5系列進給驅動電機(600V)和1PH7主軸電機, 可控制主軸，進給軸，及普通異步電機。

SIMODRIVE 611D:數(shù)字式伺服，配合1FT6/1FK6系列進給驅動電機和1PH7主軸電機，可控制主軸，進給軸等。只能配合810D、840D、840C數(shù)控系統(tǒng)。

SIMODRIVE 611U:可接收模擬信號或數(shù)字信號(Profibus),可以進行位置控制，速度控制及轉矩控制。配合1FT6，1FK6和1PH7電機。是理想的驅動系統(tǒng)解決方案之一。

二、改造對象的全面調查：

1、 機床的來源及改造需求

1） 進口數(shù)控機床：80年代以來我國政府為滿足軍工生產(chǎn)需要，進口了大量的數(shù)控機床，尤其在航空、兵器等行業(yè)，這些機床基本都是精密高檔設備，絕大部分是當時的所謂部管設備。這些機床已經(jīng)到了電氣升級換代的時候，前幾年由于機械行業(yè)的不景氣，改造工作欠債很多，大部分此類機床面臨電氣備件的匱乏，甚至已經(jīng)處于停機狀態(tài)，不改造是沒有出路的。

2） 進口二手數(shù)控機床：近年來，這類機床由于多為企業(yè)考慮生產(chǎn)實際需要，自籌資金進口，相對采購成本較低，進口量比較大，其中有些機床進口時就考慮了改造的要求，有些則是進口后，運行了一段時間候就面臨著改造的需求。

3） 國產(chǎn)數(shù)控機床：我國自90年以后生產(chǎn)的數(shù)控機床，大多為中低檔數(shù)控機床，也同樣面臨電氣系統(tǒng)老化，需要改造，

4） 普通機床：我國大量的普通機床應用于生產(chǎn)第一線，這幾年，國家加大了對這類機床的改造力度，國防科工委更是推行了萬臺機床數(shù)控化計劃，車床、銑床的數(shù)控化改造需求量很大。另外則是有些特殊類型或者大型普通機床，由于本身特點以及良好的機械基礎，具有生機改造的價值。

上述4大類中，1、2類的改造需求大多是中高檔系統(tǒng)，3、4類則是中低檔數(shù)控系統(tǒng)比較理想的改造對象。

2、 改造對象的現(xiàn)狀調查

對于數(shù)控機床的改造，我們將從以下幾個方面加以詳細調查，以制定相應的改造方案：

1） 數(shù)控系統(tǒng)的分析：

數(shù)控機床改造，首當其沖的是系統(tǒng)的改造，根據(jù)我們的調查，老系統(tǒng)有：
西門子：SINUMERIK 7，3，8，850/880，810（早期型號）
發(fā)那科：FANUC 7，6，3

這兩大品牌的系統(tǒng)占有了目前我國目前老數(shù)控機床的絕大多數(shù)，目前多數(shù)系統(tǒng)的電氣備件已經(jīng)停止供貨，改造時候基本上不考慮保留老系統(tǒng)，我們采取的方案是根據(jù)機床的現(xiàn)有控制等級、產(chǎn)品生產(chǎn)要求、企業(yè)資金狀況，選擇相應的低、中、高檔系統(tǒng)。

這些系統(tǒng)大部分帶有老型號的PLC邏輯控制系統(tǒng)，在改造方案的制定中，要考慮新老系統(tǒng)替換時候的差別，對PLC部分輸入輸點的數(shù)量和性質作出比較精確的估算。

2） 老主軸伺服系統(tǒng)的價值分析和改造方案

改造對象的主軸系統(tǒng)有兩大類：直流伺服主軸和交流伺服主軸

改造方案如下：

保留驅動裝置和電機：老的主軸伺服采用的基本都是+/-10V的模擬信號接口，對于狀態(tài)良好、價值很高的主軸可以采用保留的方案，適用的系統(tǒng)有：SINUMERK 802C、802D、810D、840D、840Di，840C。

只保留直流主軸電機：有些大型機床主軸電機功率相當大，價格比較貴、安裝比較麻煩，同時電機狀況良好，這個時候可以采用保留電機，改造驅動系統(tǒng)，采用西門子新的直流伺服控制裝置6RA70替代勞驅動裝置，適用的系統(tǒng)有：SINUMERK 802C、802D、810D、840D、840Di，840C。

不保留驅動裝置和電機：采用西門子新型1PH系列主軸電機和相應的驅動裝置替代老電機和驅動裝置。

3） 老進給伺服系統(tǒng)的價值分析和改造方案：

保留驅動裝置和電機：同樣，老的進給伺服采用的基本都是+/-10V的模擬信號接口，對于狀態(tài)良好、價值很高的進給裝置和電機可以采用保留的方案，適用的系統(tǒng)有：SINUMERK 802C、802D、810D、840D、840Di，840C。

不保留驅動裝置和電機：采用西門子新型1FK6/7 1FT6 1FE1系列進給軸電機和相應的驅動裝置替代老電機和驅動裝置。

4） 測量系統(tǒng)系統(tǒng)的價值分析和改造方案：

旋轉變壓器：基本不能保留，可以采用新型旋轉編碼器替代

感應同步器/尺：感應同步器/尺的情況略為復雜一些，我們采取的對策是能夠改掉盡量改掉，用新型海德漢光柵尺和圓光柵加以替代。但是在某些場合，如精密轉臺，會面臨新的圓光柵安裝不能實施的難題。西門子為此提供了感應同步器/尺信號到新系統(tǒng)的轉換裝置，但是這個裝置的價格比較昂貴，非到萬不得已不選用。

光柵尺：我們接觸的進口機床大部分采用海德漢光柵尺，對于這些老尺子，其中方波信號可適用的新系統(tǒng)有：SINUMERK 802C、840C、電壓信號適用的新系統(tǒng)有：SINUMERK 802C、802D、810D、840D、840Di，840C。但是大量的老尺子的信號是電流信號：西門子和海德漢分別提供了電流信號到電壓信號的轉換裝置，而且價格不太貴。

5） 其他電氣相關部件

電氣柜、操作站：很多情況下，用戶會提出電柜改造的問題，對此我們和用戶會做充分的交流，按照電氣控制柜以及柜內(nèi)元器件的狀態(tài)作出合理的選擇。一般來講，進口數(shù)控機床電氣柜以及柜內(nèi)的元器件即便使用了相當年限，也要比國產(chǎn)的甚至是合資的元器件狀態(tài)好，所以在改造高檔進口數(shù)控機床一般電氣柜不作大拆大改。

一些二手機床的電氣柜狀態(tài)比較差，或者用戶認為電氣柜元器件故障率太高都可以采取全套更換的方式，采用RITTAL或者相當?shù)膰H名牌還是國產(chǎn)合資品牌，取決于用戶的投入。

數(shù)控操作站可以是改造給人的第一印象，所以在用戶資金許可的前提下，盡量選用西門子配套的國際名牌，如MECANO等品牌，質量和外觀都能與進口機床匹敵。

電纜：在方案指定初期就按照電氣相應方案測定需要的電纜長度，在我們的改造項目中，凡是與數(shù)控驅動測量系統(tǒng)直接相關的電纜，我們只選擇原裝電纜，但是大型主軸電機的電力電纜由于價格過于高昂，而不考慮原裝電纜。

外圍元器件：除了老化和損壞的外圍元器件，一般我們不建議用戶更換外圍元器件。有個情況除外，少部分機床采用了交流110V電氣元件，而新系統(tǒng)又無法與之匹配。

6） 原始資料：

機床的原始資料是我們了解機床出廠狀況的最基本資料，其中電氣原理圖、電氣維修手冊、控制程序，都是我們需要仔細研究的。特別需要注意的是原始資料提供的信息不完全是正確的。國外機床廠有的提供的是系列型號的通用圖紙，有的時候機床出廠前的電氣硬件改動沒有在電氣資料上體現(xiàn)，這就要求我們一定要對照機床實物，把關鍵環(huán)節(jié)的每個細節(jié)一一落實，避免犯錯誤。

7） 控制要求和特殊選件

對于一臺要改造的機床，控制要求、主軸數(shù)、坐標軸數(shù)、測量元件、機床現(xiàn)狀幾大要素基本可以確定改造可以選擇的系統(tǒng)和相應的驅動和測量系統(tǒng)方案。但是這并不是絕對的，有些特殊類型機床或者用戶需要的一個特殊功能往往就決定了系統(tǒng)的選擇。比如：

（1） 圖形顯示和圖形模擬；
（2） 雙/多通道功能，用于雙車、車削中心和其他具有兩個加工單元的機床
（3） 龍門軸功能：龍門式鏜銑床、加工中心，要求兩個龍門軸能夠完全實現(xiàn)同步，只有這個功能才能做到實時監(jiān)控兩個坐標的跟隨誤差，實現(xiàn)同步。
（4） 配對軸功能：兩個坐標可以實現(xiàn)要求不是很高的同步；
（5） 激光加工的距離控制；
（6） 同步主軸功能：用于車削中心兩個主軸之間的工件交接；
（7） 砂輪恒線速控制；
（8） 砂輪的在線修整和補償；
（9） 斜軸磨床；
（10） DNC功能；
（11） 前饋控制；
（12） 進給軸齒輪插補：用于齒輪加工機床；
（13） 凸輪插補；
（14） 鏜床鏜桿低頭補償；
（15） 網(wǎng)絡和遠程診斷功能；

用戶提出的特殊功能，系統(tǒng)廠家一般都有相應的選件滿足需要，從而也就決定了用戶需要的相應檔次的數(shù)控系統(tǒng)及選件，然而一般令用戶比較難受的問題主要是這些選件往往價格很高，同時有的時候由于某個選件只有在高一個檔次的系統(tǒng)上才提供，也使用戶必須選購高一擋的系統(tǒng)，而付出相應的代價。

這個時候，我們作為熟練應用系統(tǒng)從事改造的公司，站在用戶立場上，我們一般都會采取這樣的立場：系統(tǒng)選用盡量以夠用為限，能用低檔不用中檔，能用中檔不用高檔，能夠自己開發(fā)的特殊功能盡量自主開發(fā)，一切為用戶考慮。

近幾年來，我們在數(shù)控瓦楞輥磨床的雙輥特殊加工、數(shù)控強力磨床的修整補償和恒線速度控制、龍門式大型加工中心改造等項目上，投入開發(fā)力量，取得了很好的效果，贏得了用戶的認可。

三、 正確的方案是改造成功的一半

在每一個改造課題被提出來之后，我們的工程人員會對改造的對象進行充分深入的調查研究，為此我們一方面采用標準的機床狀況調查表來做機床的信息的收集，充分利用用戶對機床熟悉的實際情況；另一方面我們挑選最有經(jīng)驗的人員做好這第一個環(huán)節(jié)的工作，保證方案的合理和準確。

良好的開端是成功的一半。這幾年，我們在改造市場闖出了一片天地，我們的經(jīng)驗告訴我們，只有把好這一關，改造的成功才有保障。

（轉載）