黃連杰

摘 要：利用經濟型數(shù)控系統(tǒng)Sinumerik 802C改造一臺已經使用50多年的老設備拓展了加工范圍和加工性能，又保證了各項性能的實現(xiàn)。應用802C標準程序架構機床程序，保證了機床語言精練可靠，報警文本編制完全，為車間維修提供了方便。改造完成后，可以實現(xiàn)半精加工。

關鍵詞：6652龍門銑床；802C數(shù)控系統(tǒng)；編碼器安裝

引言

我廠用的6652龍門銑床是一臺在用50多年的普通龍門銑，由于該設備長期運行各方面構造磨損嚴重，故障頻繁，如果不進行大修理，機床瀕臨淘汰。在這個前提下，我們決定將該機床進行機械大修，電氣進行數(shù)控化改造，用經濟型數(shù)控系統(tǒng)來拓展機床加工性能和范圍，使機床煥發(fā)生機。

1 確立改造方案

1.1 總體構想

6652龍門銑原配置有四個主軸，分別為左、右水平銑頭以及左、右垂直銑頭，在機床一側有一個傳動箱，傳動箱靠兩個電機驅動，一個是進給電機，中間經過齒輪減速，增大扭矩，一個是快速電機，減速比較小，扭矩增大較少；傳動箱輸出端連接到左右水平銑頭的傳動箱，可以通過油壓推動齒輪掛檔，進行兩個水平銑頭的進給和快速；傳動箱另一個輸出端連接光杠，傳動到滑板上，通過電磁鐵選擇，兩個垂直銑頭可以左右進給或快速；工作臺傳動也是靠傳動箱輸出的一根蝸桿帶動工作臺面的蝸母條來實現(xiàn)的。所以說，機床所有的進給和快速都是靠這兩臺電機實現(xiàn)的。但是要實現(xiàn)數(shù)控，將垂直銑頭和工作臺進給聯(lián)動起來，必須要斷開傳動箱到工作臺和滑板的傳動，分別加裝電機，才能實現(xiàn)數(shù)控化控制。

考慮到機床已經使用了50多年，機床已無精度可言，要實現(xiàn)機床改造后半精加工，絲杠、傳動等都需要改動，所以，工作臺（X軸）、垂直銑頭左右運動（Y軸）要改造為電機帶減速箱帶滾珠絲杠副的結構。這些都是機械的工作，電氣要在滿足這些要求的前提下設計。

機床改造后要求精度也只需要達到半精加工，所以，在數(shù)控系統(tǒng)選擇上，我們傾向于用經濟型數(shù)控系統(tǒng)，采用半閉環(huán)控制。因此，我們選擇了西門子802C數(shù)控系統(tǒng)，在X、Y軸的滾珠絲杠副一端經過減震連接編碼器，實現(xiàn)速度反饋；再經過絲杠螺距、傳動比的參數(shù)設定，實現(xiàn)位置反饋。

為了保證垂直銑頭左右運動不受干擾，滑板上只保留一個垂直銑頭。機床兩個水平銑頭在加工某些工件時比較方便，因此決定保留兩個水平銑頭。

1.2 具體改造方案

802C數(shù)控系統(tǒng)是一種模擬量數(shù)控系統(tǒng)，可以帶三個模擬量進給軸和一個模擬量旋轉主軸，針對于該機床，X、Y軸是需要受數(shù)控控制的，主軸是交流電機，這里不做調速，保留原機械變速結構，受PLC控制。X、Y軸電機選擇了兩臺西門子老式直流伺服電動機；X、Y軸電機驅動采用KSA23直流調速系統(tǒng)，直流調速系統(tǒng)的使能信號和給定信號由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出。兩個水平銑頭依靠原來的兩臺直流電動機進行驅動，由于兩臺直流電動機功率接近，只是轉數(shù)存在差異，為了節(jié)約資源，采用一臺直流調速系統(tǒng)驅動，通過接觸器來切換兩臺電機。其他功能選擇都依靠PLC來實現(xiàn)。由于802C集成的PLC只有48個輸入點和16個輸出點，輸入點夠用，但輸出點不夠用，因此比如油泵的啟動、冷卻泵的啟動和兩個水平銑頭主軸的旋轉等邏輯比較簡單的功能只能用繼電器-接觸器回路來搭建。

1.2.1 數(shù)控系統(tǒng)的端口設定

802C數(shù)控系統(tǒng)包含CNC控制器和驅動模塊、伺服電機等，驅動模塊受CNC控制器控制，接收±10V給定，控制伺服電機輸出，為模擬量交流控制系統(tǒng)。我們選用了直流調速系統(tǒng)來替代驅動模塊，電機采用直流伺服電機，那么，實際上，在整個控制結構中，我們只需要采購802C的CNC控制器即可，因為，該控制器包含了主控制單元、操作單元、OP，并集成了編碼器接口、給定使能控制接口、PLC輸入輸出等，是一套集成化非常高的數(shù)控系統(tǒng)。

1.2.2 確定各伺服驅動元件及關鍵測量元件的選取

根據(jù)原來兩臺電動機的功率和扭矩特性，X軸選用90NM、1500rpm的直流伺服電動機，Y軸選用70NM、1200rpm的直流伺服電動機，X軸安裝了一個減速箱和一套螺距為20mm的滾珠絲杠副，可以實現(xiàn)最大進給速度為2700mm/min，滿足加工需求；Y軸安裝了一個減速箱和一套螺距為10mm的滾珠絲杠副，可以實現(xiàn)最大進給速度2000mm/min。

決定采用半閉環(huán)控制，而且，802C的CNC控制器也沒有位置環(huán)反饋接口，所以，每個軸選用一個編碼器安裝在絲杠的端頭上，保證減震效果，保證編碼器軸和絲杠中心在一條線上，即可以實現(xiàn)可靠而精準的位置反饋。

1.2.3 確定PLC的控制點數(shù)和控制對象

PLC輸入輸出集成在了802C base-line CNC控制器中，有48個輸入點，16個輸出點。由于機床機械結構大面積變動，導致輸入輸出點不能完全按照原機床進行設計，這里就有很多需要考慮的地方。

改造成數(shù)控，那么必須增加兩個軸的參考點限位，在802C base-line標準程序庫中，有關于兩個軸參考點限位的標準程序，但是，規(guī)定了其固定的輸入點地址。在這里，為了盡量應用其標準程序，簡化編程，并使編程語言盡量精練，參考點限位都按照其規(guī)定的輸入點地址來接線。

802C標準程序庫中，集成了潤滑、冷卻、道具轉換、主軸變檔控制、進給軸使能、倍率控制、手持單元控制等標準程序，機床設計人員可以根據(jù)自己的需要調用這些標準程序，也可以從標準程序中選取自己需要的程序段來調用。

為了方便以后維修中對某些故障的診斷，特意將潤滑油箱壓力檢測、液位檢測、直流調速系統(tǒng)準備好信號、各項限位等引入PLC輸入端，在程序里寫成報警程序，再配以報警文本，直觀的顯示出故障所在，為操作者發(fā)現(xiàn)問題、維修工處理問題提供了方便。

2 報警文本的編制

任何一臺數(shù)控機床，在診斷方面的優(yōu)勢都是普通機床所無法比擬的，所以，對于這臺機床的報警文本的編制，我們也是下了大功夫。PLC程序好編，如何觸發(fā)一個報警，在PLC里都可以制作，但如果沒有報警文本，大家看到的就是“用戶報警XX”，對于維修并沒有太大的實際意義。

制作報警文本需要使用的軟件是802C base-line TOOLBOX里帶的一個軟件：TextManager，打開該軟件后，選擇功能菜單里的“PROJ”選項，然后新建一個工程，點擊確定后，系統(tǒng)退回主界面，但主標題會更改為新工程的名字。在工程下，選擇“OEM”選項，選擇語言，在右面就會出現(xiàn)三個文件，分別為：ALC.TXT、ALCU.TXT、ALZ.TXT，其中，ALCU.TXT是用戶報警文本，選擇該文本，然后點擊“edit”鍵，那么，可以直接在文本編輯器里修改相應的報警文本。

編制完報警文本后，選擇“second language”，生成“alcu.sp”文件，然后選擇“Make Archive”，此時生成“oem.arc”文件，將此文件傳輸進802C中，報警文本就會生效。

3 結束語

6652龍門銑改造成功后，精度完全滿足要求，由原來單一的銑平面變成了現(xiàn)在可以加工內圓、外圓、弧線等一些復雜的輪廓，得到了車間的認可。報警功能強大，保護齊全，也得到了維修部門的認可。

參考文獻

[1]闕彥，等.東德導軌磨床的數(shù)控化電氣改造[J].機床電器，2009年總第155期.

[2]siemens.802C數(shù)控系統(tǒng)維修與調整，1997年版.

[3]siemens.802C base-line簡明調試指南，1997年版.endprint