李省委　陳文　林宗德

摘要：基于西門(mén)子SINUMERIK808D的系統(tǒng)的點(diǎn)，將其應(yīng)用于美國(guó)HASS VF-2F立式加工中心系統(tǒng)置換改造，本文詳細(xì)闡述了改造方案的選擇和機(jī)床的硬件及機(jī)床的軟件設(shè)計(jì)，最后進(jìn)行組裝與調(diào)試，該設(shè)計(jì)具有很好的使用效果。

關(guān)鍵詞：SINUMERIK808D;數(shù)控改造;HASS VF-2F

中圖分類(lèi)號(hào)：TG659 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2019）06-0098-02

目前，隨著我國(guó)提出中國(guó)制造2025國(guó)家戰(zhàn)略以來(lái)，制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)是必由之路。轉(zhuǎn)型升級(jí)就是對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的升級(jí)改造，老式數(shù)控機(jī)床由于購(gòu)買(mǎi)的時(shí)間久，故障率較高，維修費(fèi)用業(yè)比較昂貴，因此，部分企業(yè)及學(xué)校會(huì)在利用機(jī)床維修時(shí)對(duì)其進(jìn)行數(shù)控系統(tǒng)升級(jí)改造和數(shù)控系統(tǒng)置換等。HASS VF-3D是在上個(gè)世紀(jì)70年代有我校購(gòu)買(mǎi)，該加工中心日常主要服務(wù)于學(xué)生的實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)，偶爾對(duì)外進(jìn)行小批量加工，且精度較高。由于該機(jī)床購(gòu)買(mǎi)時(shí)間久，系統(tǒng)故障頻發(fā)，記過(guò)幾次大修故障并沒(méi)有完全解決并且每次維修都花費(fèi)數(shù)萬(wàn)元，因此為了徹底解決問(wèn)題，學(xué)院成立項(xiàng)目組對(duì)該機(jī)床進(jìn)行升級(jí)改造及置換原有的系統(tǒng)。

1 置換方案的選擇

1.1 改造方案的確定

根據(jù)我校機(jī)床的實(shí)際情況和經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)，我們方案組準(zhǔn)備兩個(gè)方案以供選擇，方案一：經(jīng)濟(jì)型改造方案。在保留原有機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)和主要組成部分，對(duì)原有機(jī)床的電器控制部分進(jìn)行更換并從新連接，散熱風(fēng)扇、伺服電機(jī)、編碼器電纜進(jìn)行重新更換等。該方案成本低、工期短對(duì)學(xué)校的影響較小，但是由于保留了原有的數(shù)控系統(tǒng)，并沒(méi)有徹底的改變系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，使用一段時(shí)間后，還有可能會(huì)出現(xiàn)原先的故障。方案二：實(shí)用型改造方案，由于系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)故障，對(duì)原有的數(shù)控系統(tǒng)、伺服電機(jī)、變頻器和通訊協(xié)議也都進(jìn)行更換。其主要保留電動(dòng)機(jī)和機(jī)械部分等，這些更換起來(lái)比較麻煩，而且他們本身運(yùn)行精度良好沒(méi)有必要進(jìn)行更換。該方案與方案一比較，經(jīng)濟(jì)投入較大，但徹底解決了問(wèn)題，保證幾年后可以正常的運(yùn)作。可以滿(mǎn)足日床的教學(xué)需求和小批量零件的加工。

因此，根基兩種方案的對(duì)比和學(xué)校的經(jīng)濟(jì)狀況，決定選擇實(shí)用型改造方案，該方案關(guān)鍵是數(shù)控系統(tǒng)的選擇和相應(yīng)配套件的選型。所有元器件更換完畢后，在對(duì)機(jī)床電器原理圖進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，對(duì)線路進(jìn)行聯(lián)調(diào)，機(jī)床精度的調(diào)試，最后完成完成機(jī)床的精度驗(yàn)收工作。

1.2 數(shù)控系統(tǒng)的置換

原數(shù)控系統(tǒng)是有哈斯自動(dòng)化公司生產(chǎn)自行設(shè)計(jì)與生產(chǎn)，是獨(dú)立系統(tǒng)不依靠第三方提供數(shù)據(jù)系統(tǒng)，并能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)與機(jī)床的完美融合。目前，該機(jī)床存在的問(wèn)題主要有與PC機(jī)通訊接口損壞;系統(tǒng)不穩(wěn)定出現(xiàn)頻繁報(bào)警;CTR顯示屏老化;變頻器運(yùn)行不穩(wěn)、可靠性差等。

我國(guó)有兩大數(shù)控生產(chǎn)公司廣州數(shù)控有限公司、華中數(shù)控有限公司，我過(guò)數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)起步較晚，與國(guó)外的成熟公司比較還有一些差距，但考慮到本次數(shù)控系統(tǒng)改造主要是滿(mǎn)足學(xué)生的實(shí)訓(xùn)需要和小批量零件的生產(chǎn)，加工性能及精度沒(méi)有必要追求極高。因此，數(shù)控系統(tǒng)選擇主流的SIEMENS經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)SINUMERIK 808D（銑床版）、SINAMICS V60私服系統(tǒng)、MICROMASTER420變頻器，如圖1所示。

數(shù)控系統(tǒng)SINUMERIK 808D有銑床和車(chē)床兩個(gè)版本，該系統(tǒng)是基于操作面板緊湊型數(shù)控系統(tǒng)，容易維護(hù)、操作簡(jiǎn)單等性能。配有相應(yīng)的伺服系統(tǒng)和伺服電機(jī)及模塊化結(jié)構(gòu)等。

2 硬件置換方案的分析及PLC設(shè)計(jì)

2.1 伺服電機(jī)的選擇

伺服系統(tǒng)做為數(shù)控機(jī)床的重要組成部分，伺服電機(jī)的選擇尤為關(guān)鍵，在選擇伺服電機(jī)的時(shí)候要滿(mǎn)足一下幾點(diǎn)：（1）滿(mǎn)足零件加工負(fù)載的需要，又要對(duì)負(fù)載慣量進(jìn)行校對(duì);（2）電機(jī)的穩(wěn)定性及價(jià)格指標(biāo);（3）機(jī)床無(wú)負(fù)載時(shí)，電機(jī)上的力矩應(yīng)小于電機(jī)的連續(xù)額定力矩的50%一下;（4）負(fù)載的慣量要小于電機(jī)本身慣量的3倍。

2.2 PLC控制與外部信息交換

數(shù)控機(jī)床PLC控制有內(nèi)部集成的PLC控制和獨(dú)立的PLC控制，他們的控制方式不完全相同。實(shí)質(zhì)上PLC的功能只是負(fù)責(zé)控制數(shù)控機(jī)床的部分任務(wù)，而內(nèi)部的集成PLC是有數(shù)控系統(tǒng)發(fā)布指令，經(jīng)過(guò)內(nèi)部PLC邏輯運(yùn)算輸入到機(jī)床，起到一個(gè)承接的作用。為了更好的從控制角度分辨機(jī)床PLC控制部分與機(jī)床信息的交換，可將機(jī)床分為三個(gè)部分，NCK部分、PLC部分、MT部分等。他們之間有四種信息交換方式：NCK到PLC、PLC到NCK，MT到PLC，PLC到MT等。

3 軟件系統(tǒng)的置換及設(shè)計(jì)

當(dāng)系統(tǒng)各部件連接完畢后，首先必須先調(diào)試PLC應(yīng)用程序中的相關(guān)動(dòng)作，如伺服功能、急停、硬件限位等，只有在所有安全功能都正確無(wú)誤時(shí)，才能進(jìn)行NC參數(shù)和驅(qū)動(dòng)的調(diào)試。

本次置換及設(shè)計(jì)的數(shù)控系統(tǒng)主要完成一下四個(gè)功能：（1）整個(gè)數(shù)控機(jī)床的潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制;（2）整個(gè)機(jī)床的冷卻系統(tǒng);（3）第四軸的設(shè)計(jì);（4）三個(gè)軸向各兩個(gè)限位開(kāi)關(guān)。

3.1 置換后數(shù)控機(jī)床急?？刂葡到y(tǒng)的子程序設(shè)計(jì)（如圖2）

3.2 置換之后手輪的控制設(shè)計(jì)（如圖3）

3.3 置換之后自動(dòng)換刀系統(tǒng)的控制設(shè)計(jì)（如圖4）

4 結(jié)語(yǔ)

基于本次數(shù)控機(jī)床的改造之前經(jīng)過(guò)多方面的論證和調(diào)研，同時(shí)也根據(jù)我校的實(shí)際情況要求進(jìn)行改造，并制定了2種合理的改造方案，通過(guò)綜合對(duì)比其2種方案的優(yōu)劣，最終選擇實(shí)用型改造方案做為本次的方案實(shí)施項(xiàng)目。該項(xiàng)目主要從硬件（伺服電機(jī)的選擇）和軟件（急停、冷卻系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、換刀等）進(jìn)行設(shè)計(jì)改造，改造完成后經(jīng)過(guò)空運(yùn)行和零對(duì)件的加工完成的測(cè)量，都達(dá)到了機(jī)床預(yù)定要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，在數(shù)控化改造方面取得了很好的效果。

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Research on Key Technologies of Siemens SINUMERIK 808D Replacement Haas System

LI Sheng-wei，CHEN? Wen，LIN? Zong-de

（Practice Teaching Center of Minnan Institute of Technology，Shishi Fujian? 362700）

Abstract：Based on the point of SINUMERIK808D system， it is applied to the replacement transformation of HASS VF-2F vertical machining center system in the United States. This paper elaborates on the selection of the transformation scheme， the hardware and software design of the machine tool. Finally， it is assembled and debugged. The design has good application effect.

Key words：SINUMERIK808D;numerical control transformation;HASS VF-2F