西门子数控系统在机床五轴联动技术改造中的应用

　　MAHO 700C镗铣床是从德国购入的1台普通三轴联动数控机床。有5个进给轴和1个主轴，5个进给轴分别由INDRAMAT伺服控制，位置环采用全闭环控制方式，主轴由INDRAMAT主轴驱动系统控制，采用飞利浦432数控系统。由于原数控系统控制元器件老化，整体可靠性差，故障频繁，已经无法正常使用。考虑到该机床机电功能齐全，伺服驱动及电动机等功能部件完好，刚度高、机械精度保持得较好，我们针对MAHO 700c镗铣床的结构特点，采用840Di数控系统对MAHO 700c进行五轴联动数控化改造。

1 MAHO 700C数控镗铣床的结构特点

　　该机床在结构上有志个闭环的进给轴、1个主轴，带有1个立卧转换的附件头。3个直线坐标轴X、Y、Z传动为：交流伺服电动机一同步齿形带一滚珠丝杠一螺母副一滑动部件。Y轴为垂直移动轴，滚珠丝杠没有自锁功能，为防止Y轴在位置开环或机床断电时工作台下落，在Y轴电动机的尾部增加了一个电磁抱闸；为防止Y轴传动同步齿形带的断裂而使工作台自由下落，在丝杠带轮旁安装了安全刹车装置。在移动轴的末端装有机械挡块和限位安全保护开关。旋转的A、B轴，有液压夹紧松开装置。主轴齿轮箱可有4个机械档位，由2台小直流电动机驱动实现换档。由液压驱动爪头来实现主轴的松、夹刀具。液压系统由电动机、液压泵、压力表、蓄能器、溢流阀、电磁换向阀、单向阀、截止阀、压力开关和油管执行元件等组成。润滑系统由中心润滑单元、润滑泵电动机、油管和分配器等组成。中心润滑单元按设定的周期泵出润滑油，为机床导轨和丝杠提供润滑。冷却液循环系统由冷却液箱、电动机、冷却液泵、管路和喷嘴组成，用来完成加工

2 数控系统的选型设计

　　根据该机床的结构、性能、运行状态、现有加工精度和特殊功能等要求，结合电缆长度、电动机扭矩及额定转速、主轴功率、数控系统安装空问、系统控制部件连接接口等特点，提出性能价格比较优的选型与配置方案。采用西门子SINUMERIK840Di数控系统和S7300可编程控制器及ADl4位控单元与原伺服系统、位置反馈元件等接口连接，原来的机床逻辑控制由西门子S7300可编程逻辑控制器取代。

　　PCU50通过PROFIBUS总线与PLC扩展单元ET200和ADl4进行信息交换，通过PROFIBuS—DP实现I/0与驱动参数的调整，由ADi4轴卡输出模拟指令信号对伺服进行运动指令控制，ADl4可接收圆光栅编码器或光栅尺经过整型放大后的TTL信号，并与位置检测元件一起构成全闭环位置控制系统。

　　电控柜的设计与制造时要特别注意的是，数控系统各接口信号的特点和形式要匹配，应尽量简化强电控制线路，逻辑连锁保护由PLC完成，拆除原电气控制系统，安装新的数控及电气系统。

3 MAHO700卧式镗铣床PLC控制程序的开发与编制

　　首先在计算机中用sTEP7编程软件对s7 300的ET200和ADl4的硬件配置进行软件组态的设置，然后进行PLc的编程。对PLC的编程可分以下几个步骤进行：(1)分析机床的电气控制原理和结构特点。(2)理解原机床液压控制功能。(3)建立新的PLC程序框图。(4)编制新的软件和硬件接口控制程序。(5)编制新的功能块程序。

　　把编制好的PLC程序下载到数控系统的PCU50的PLC中去，PLC接口信号与Nc交换数据信号。PLC程序设计采用模块化编程，将机床启动条件、PLC使能信号处理、轴控制、辅助功能、A/c/y轴自动夹紧松开功能、主轴自动换档的控制、报警信息、手持单元操作等机床控制功能编成不同的模块，模块化编程使程序结构合理、层次清晰，方便阅读查找。

4 SINUMEIK 840Di数控系统的启动和整机调试

　　按照设计的电气原理图进行接线，在认真检查各接口信号连接正确，电源对地无短路时，才可通电。通电后，先调整基本的机床数据，调整有关各轴数据建立全闭环控制，调试PLC程序块的各控制功能等。

4.1 NC启动

　　首先安装PCU50的HMI系统软件，配置PROFI-BUS—DP现场总线参数，启动数控系统，进行840Di系统参数设定和调整：进入机床的参数设定界面，列举主要数据。
　　(1)进入“GENERAL”窗口(通用机床数据设定)：
　　MDl0000定义机床轴名称：X1、Y1、Z1、SPl、A1、B1
　　MDl0050定义系统循环时间：0．004 s
　　MDl0720定义默认工作方式：7
　　修改MDl8000后面的通用机床数据时，会造成DRAM区的重新分配，致使数据丢失，应先把数据存档，重新自动分配后，再加载存储的数据。

　　(2)进入“CHANNEL SPECIFIC”(特别通道机床数据设定)：
　　MD20050定义通道中几何轴分配：1、2、3
　　MD20060定义通道中几何轴名称：X、Y、Z
　　MD20070定义通道中通道轴编号：1、2、3、4、5、6
　　MD20070定义通道中通道轴名称：X、Y、Z、SP、4、B

　　(3)进入“AxEX SPECIFIC”(特别轴机床数据设定)：
　　MD30110定义电动机轴的物理模块位置：X=1、Y=2、Z=3、SP=4、A=5、B=6
　　MD30130定义轴输出类型：0(0表示模拟方式)
　　MD30240定义测量系统的类型：X=Y=Z=A=B=SP=l(1表示增量测量系统)
　　MD30300定义轴是旋转轴还是直线轴：X=Y=Z=0，A=B=1(0表示直线轴)
　　MD31000定义直接测量元件类型：X=Y=Z=1，A=B=0(1表示光栅尺，0表示编码器)
　　MD31010定义光栅尺栅距：输入值要与实际值相符
　　MD31020定义编码器每转脉冲数：A=日=36000
　　MD3 1030定义丝杠螺距
　　MD31040定义测量元件直接安装在机床上设为1
　　MD31050和MD31060定义电动机到丝杠的减速比：输入值要与实际值相符
　　MD31070和MD31080定义丝杠到编码器的减速比：输入值要与实际值相符

　　(4)最后进入“MACHINE DATA”，设置各个轴(包括主轴)的具体参数：转速极限、最高速度、加速度、运动方向、反馈极性、位置增益、定位误差和报警极限等。