| 一 改造前機(jī)床概況 XK715B機(jī)床我廠上世紀(jì)九十年代初期從上海第四機(jī)床廠引進(jìn)的立式。該機(jī)床原數(shù)控系統(tǒng)配置為美A-B公司的8400MP，X、Y、Z軸驅(qū)動均為安川驅(qū)動裝置，主軸驅(qū)動為安川。該機(jī)床作為我廠重點(diǎn)設(shè)備之一，承擔(dān)著重要的任務(wù)，運(yùn)行一直比較穩(wěn)定。但是，近年來，由于設(shè)備購置早、使用時(shí)間及控制系統(tǒng)嚴(yán)重老化，故障頻繁不斷。另一方面，數(shù)控系統(tǒng)及驅(qū)動裝置的版本相當(dāng)?shù)停a(chǎn)廠家?guī)缀跻呀?jīng)停產(chǎn)，購置備件十分困難且昂貴。我們對板級上的元器件也作過多次修復(fù)，隨著企業(yè)生產(chǎn)任務(wù)的繁重，設(shè)備故障率節(jié)節(jié)攀升，我們根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行了仔細(xì)討論和分析，決定對該機(jī)床進(jìn)行改造。 二 改造方案 1 數(shù)控系統(tǒng)及驅(qū)動 經(jīng)過反復(fù)的比較，我們選擇了SIEMENS 802D數(shù)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有免維護(hù)，其核心部件PCU （面板控制單元）將CNC、PLC、機(jī)界面和通訊等功能集成于一體，可靠性高、易于安裝；SINUMERIK802D可控制4個進(jìn)給軸和一個數(shù)字或模擬主軸；通過生產(chǎn)現(xiàn)場總線PROFIBUS將驅(qū)動器、輸入輸出連接起來；模塊化的驅(qū)動裝置SIMODRIVE611UE配套1FK6系列伺服，為機(jī)床提供了全數(shù)字化的動力。此外，該系統(tǒng)可通過視窗化的調(diào)試工具軟件，便捷地驅(qū)動數(shù)，并對驅(qū)動器的控制參數(shù)進(jìn)行動態(tài)優(yōu)化。 SINUMERIK802D也集成了內(nèi)置PLC系統(tǒng)，對機(jī)床進(jìn)行邏輯控制，采用標(biāo)準(zhǔn)的PLC的語言Micro/WIN進(jìn)行控制邏輯設(shè)計(jì)，并且隨機(jī)提供標(biāo)準(zhǔn)的PLC子程序庫和實(shí)例程序，簡化了設(shè)計(jì)過程，縮短了設(shè)計(jì)周期。 在改造過程中，驅(qū)動裝置按照西門子系統(tǒng)配套的標(biāo)準(zhǔn)配置以達(dá)到系統(tǒng)性能的最佳，保證機(jī)床改造后運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，且便于日后的維護(hù)。原主軸電機(jī)為同步電機(jī)，改造后將主軸電機(jī)更換成普通的三相交流異步電機(jī)，采用變頻器來驅(qū)動主軸電機(jī)。 2 部分 經(jīng)查，該機(jī)床的各方面機(jī)械性能都非常完好，無需作較大的更換或修復(fù)，由于機(jī)床的X、Y、Z三直線軸將采用配套的西門子交流伺服電機(jī)，根據(jù)實(shí)際需要，應(yīng)重新連接上相協(xié)調(diào)的減速器裝置來滿足電機(jī)與絲桿間的聯(lián)結(jié)。 此外，自動潤滑裝置和冷卻裝置均完好，全部保留。 三 改造的實(shí)施及主要內(nèi)容 1 改造后，整體連接的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示：  根據(jù)調(diào)試手冊的說明連接好各硬件設(shè)施，調(diào)試前應(yīng)仔細(xì)檢查連接有無錯誤?？紤]到該機(jī)床的輸入/輸出點(diǎn)需要的數(shù)量比較少，因此決定僅僅使用一個PP72/48裝置已經(jīng)完全足夠，將PP72/48的X111、X222用于MCP的連接，而X333用于機(jī)床的I/O，該連接方法在手冊中無案例說明，但事實(shí)上只是由I/O點(diǎn)的需求數(shù)量來決定的，無需按照標(biāo)準(zhǔn)使用兩個PP72/48。 2 電氣配置及基本參數(shù)的設(shè)定 由于各電器元件都已經(jīng)全面老化，且在改造中對系統(tǒng)及驅(qū)動都作了完全改動，同時(shí)，為了機(jī)床改造后在運(yùn)行中的穩(wěn)定性打好基礎(chǔ)，我們按照新設(shè)計(jì)的電氣控制原理圖重新進(jìn)行元器件的選型，一并配置新的電器柜和操作柜等設(shè)施。 NC調(diào)試過程主要包括系統(tǒng)初始化和基本參數(shù)的設(shè)定，其中，系統(tǒng)基本參數(shù)主要有：總線配置、驅(qū)動器模塊定位、位置控制使能、傳動比、坐標(biāo)速度和加速度、回參考點(diǎn)等等。 3 PLC程序的設(shè)計(jì)與調(diào)試 采用SIEMENS 802D系統(tǒng)所使用PLC非常簡單、方便而且靈活。只有采用PLC802編程工具3.1以上的版本才可以使用梯形圖編制用戶程序，我們使用S7-200作為編程工具。在CD盤工具盒（Tool box）中配備了“PLC802文件庫”，其中包含了子程序庫，并且給標(biāo)準(zhǔn)的車床和銑床分別配置了編程實(shí)例，因此，使用起來更是得心應(yīng)手。 由于本次改造的機(jī)床為標(biāo)準(zhǔn)銑床，在應(yīng)用過程中只需對其銑床的編程實(shí)例作一些簡單地修改和擴(kuò)展即可完成所需要的PLC程序。在子程序中，根據(jù)不同功能分別進(jìn)行了定義，主要包括PLC-INI（系統(tǒng)初始化）、EMG-STOP（急停處理）、MCP-802D（傳送控制面板的I/O狀態(tài)到接口）、AXES-CTL（各坐標(biāo)軸控制）、LUBRICAT（定時(shí)、定量潤滑控制）、COOLING（冷卻控制）等。在應(yīng)用的過程中應(yīng)注意以下問題。 （1）在例子程序的急停處理塊中，未對模塊上電過程結(jié)束（PO-END：M130.7）到#T-72準(zhǔn)備完成的響應(yīng)過程存在延時(shí)的情況做考慮。在調(diào)試中我們發(fā)現(xiàn)，實(shí)際上該延遲時(shí)間客觀上是存在的，時(shí)間的長短因電源模塊的性能而異，如不做延時(shí)，對急停報(bào)警的處理將可能遇到麻煩，常常需要反復(fù)多次地按“RESET”鍵才能使電源模塊正常準(zhǔn)備，急停才能報(bào)警清除。鑒于安全考慮，我們在梯形圖中將一個“RESET”的常閉點(diǎn)串聯(lián)到使能結(jié)束點(diǎn)的后面，正常上電后，按住“RESET”鍵保持適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，便順利完成電源模塊的正常準(zhǔn)備。當(dāng)然，也可直接增加一個延時(shí)或定義一個備用鍵加在使能完成的后面。 （2） 在PLC程序中，其中有一程序段涉及到MD14510[16>的設(shè)定來確定是車床還是銑床的邏輯關(guān)系，例子程序中選中的是車床，該處應(yīng)做恰當(dāng)?shù)卣{(diào)整和修改，否則控制面板的部分功能不能使用，我們在使用時(shí)就碰到Z軸無法運(yùn)動，只有X、Y軸能運(yùn)動。 （3） SIEMENS 802D系統(tǒng)MCP板的車床版和銑床版是通用的，在定義各軸的方向鍵時(shí)可以自己靈活定義，所使用的銑床例子程序Z軸正/負(fù)向?yàn)閷嵌x。 4 主軸的調(diào)試 西門子802D系統(tǒng)對于模擬主軸功能是將SIMODRIVE 611UE閉路控制模塊的模擬輸出作為設(shè)定點(diǎn)輸出，而且將編碼器接口（-X472）作為TTL實(shí)際值輸入。此時(shí)，數(shù)字進(jìn)給軸作為轉(zhuǎn)換軸用于模擬主軸的設(shè)定值，我們才用總線地址為“12”的X軸作為轉(zhuǎn)換軸。由于我們本次改造采用普通的三相交流異步電機(jī)無需編碼器反饋，對于無直接編碼器的模擬主軸需將主軸參數(shù)MD30200設(shè)定為“0”。此外，我們采用的變頻器的型號是CIMR-G7A4015的安川變頻裝置。 （1）611UE與安川變頻器的硬件連接如圖2所示：  （2）用做好的“驅(qū)動器調(diào)試電纜”將個人PC與611UE的X471連接起來，通過驅(qū)動器調(diào)試工具SimoCom U對X軸驅(qū)動器的有關(guān)參數(shù)和設(shè)置進(jìn)行定義（按照調(diào)試手冊操作），存儲并復(fù)位。 （3）對變頻器送電，試在手動操作下運(yùn)行電機(jī)，測試變頻器及電機(jī)的好壞；然后，在自學(xué)習(xí)模式下自動檢測電機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)，待變頻器自動保存后，將變頻器菜單轉(zhuǎn)換到運(yùn)行模式。 （4）NC側(cè)主要功能參數(shù)的設(shè)定 主要參數(shù)設(shè)定值如下： 13060[0>=0（總線地址為12）; 13070[0>=8000H; 30134=2; 30110=1; 30120=2; 30220=0; 30230=2; 特別提到的是參數(shù)13070[0>千萬不能忘記設(shè)定，否則會出現(xiàn)無法清除的報(bào)警信息為：“26015 DRIVE-TELEGRAM-TYPE P915[3> INVAILD”,且功能依然未生效。此外，如果誤將MD30120設(shè)置為“1”還可能出現(xiàn)“2001 PLC停止”報(bào)警，同時(shí)PLC停止運(yùn)行。 檢查模擬接口的相關(guān)參數(shù)的默認(rèn)值為：“MD32250=100；MD32260=3000”。先不忙調(diào)整模擬接口的模擬，重新啟動機(jī)床，其模擬主軸功能已經(jīng)生效。試運(yùn)轉(zhuǎn)模擬主軸，確認(rèn)模擬電壓和正反轉(zhuǎn)運(yùn)行的信號給定都無誤。 如果運(yùn)行電機(jī)的速度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)速度，應(yīng)通過MD32250和MD32260來調(diào)整模擬接口。在試電機(jī)的過程中，我們發(fā)現(xiàn)模擬電壓的給定值最大只有3.4V左右，該測試電機(jī)額定速度為1440r/min，MDA方式下執(zhí)行指令均為“M03 S1440”，在修改參數(shù)MD32250和MD32260的調(diào)試過程中，得到如下表的幾組測試數(shù)據(jù)。  從上表的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出規(guī)律，在給定同一轉(zhuǎn)速指令下，參數(shù)32250設(shè)定值（有效范圍：0~100）越大，給出的模擬電壓會越大；參數(shù)32260設(shè)定值越大，給出的模擬電壓越小。抓住了一規(guī)律對模擬電壓的調(diào)整便可順利的完成。在調(diào)試過程中，應(yīng)將電機(jī)在最高轉(zhuǎn)速時(shí)對應(yīng)給出的模擬電壓壓值調(diào)整到10V為宜。到此，主軸調(diào)整功能基本完成。 | |
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