CH5116B型立式车床数控系统改造

2013-12-04李晓军

设备管理与维修 2013年2期

李晓军

西安航空发动机集团有限公司西安市

数控设备运行10年就会出现数控系统老化、系统运行稳定性差及故障率高的问题，这是我国大中型企业现存的重大问题，解决办法是设备更新或改造。就机床机械部分而言，其寿命为30年以上，数控部分使用年限则为10～15年，如因数控系统问题而更新机床,按我国现有国情而言是不可取的，较为可行的方法是通过设备改造，使老设备重新稳定地运行起来。

20世纪90年代武汉重型机床厂生产的CH5116B型立式车床，采用法国NUM公司的1040T数控系统，由于数控系统的元器件老化严重，故障率高，维修困难，系统备件不易购买。为保证生产，拟采用SIEMENS 840D数控系统对其进行改造。

一、CH5116B型立式车床原数控系统介绍

1.机床整体描述

CH5116B型立式车床共有3个进给轴，采用法国NUM公司生产的交流伺服电机及其配套的MDLA2交流调速装置进行驱动。X轴和Z轴为两个进给坐标轴和1个刀库旋转轴C轴（PLC轴）。X轴行程1.13m，Z轴行程1.5m，可完成两轴联动和圆弧插补。X轴位置反馈采用HEIDENHAIN公司生产的LB302光栅尺反馈，经EXE612进行信号转接后连入NUM驱动，完成全闭环控制。其他两个轴采用电机内装旋转变压器进行位置检测反馈，完成半闭环控制。工作台直径1.6m，载重3t，采用英国CT公司带磁场控制装置的M210R直流调速系统。

2.机床数控系统改造前配置简述

生产厂商法国NUM，数控系统NUM 1040T，进给电机为X轴BMH190 3K 1RA2L，Z轴BMH190 3K 1RF2L，主轴电机ZC 250/10S 55kW，进给驱动MDLA2050Q，主轴驱动MDLA2021Q主轴电机，编码器6FX2001-2GB02，光栅尺HEIDENHAIN LB302，信号转换 EXE 612。

3.拟采用的Siemens 840D数控系统硬件设计

（1）840D系统改造主要配置列表（表1）。

表1 840D系统改造主要配置

（2）机床数控系统改造后的配置简述。NCU数控单元，数字控制核心NCK的硬件装置。NCU单元集成了SINUMERIK 840D CNC CPU和S7-300 PLC CPU芯片，包括数控软件和PLC软件。数控铣系统选型为NCU573.5。人机交互装置，数控铣加工中心选用PCU50，其人机操作界面选用OP010及MCP，两者建立起SINUMERIK 840D系统与机床操作人员之间的交互界面。同时配备HHU手持单元。PLC，SINUMERIK 840D系统集成了S7-300-2DP的PLC，并通过通信模块IM361扩展外部的I/O模块。数控铣系统选型为S7-317-2DP。驱动装置，数控铣系统伺服驱动选型为SIMODRIVE 611D，配以1FT6/1FK6系列进给电机和1PH7系列主轴电机。数控铣数控系统安装布置示意见图1。

图1 数控铣数控系统安装布置示意图

（3）外挂系统的组成。X、Z双轴的位置反馈采用HEIDENHAIN光栅尺，经SIEMENS SUV进行信号转接后连入840D系统。测量系统仍采用RENISHAW测头，但改用无线接收的红外系统。

二、STEP 7-300硬件组态介绍及应用

1.STEP 7-300硬件组态介绍

使用组态表表示机架，就像实际的机架一样，可在其中插入特定数目的模块。在组态表中，STEP 7自动给每个模块分配一个地址。如果站中的CPU可自由寻址（可为模块的每个通道自由分配一个地址，而与其插槽无关），那么，就可以改变站中模块的地址。硬件组态可任意多次复制给其他STEP 7项目，并进行必要的修改，然后将其下载到一个或多个现有的设备中去。在可编程控制器启动时，CPU将比较STEP 7中创建的预置组态与设备的实际组态。从而可立即识别出它们之间的任何差异，并报告。

2.STEP 7-300硬件组态应用

目的是生成一个新项目，完成系统硬件配置文件并将其下载，完成系统配置。STEP 7-300硬件组态的基本步骤如下。

（1）双击SIMATIC Manager图标，打开STEP7主画面。

（2）点击FILENEW，按照图例输入文件名称（如：TEST）和文件夹地址，然后点击OK，系统将自动生成TEST项目。

（3）点击TEST项目名称，点击右键，选中Insert new object，点击SIMATIC 300 STATION，将生成一个S7-300项目，如果项目CPU是S7-400，那么选中SIMATIC 400 STATION即可。

（4）将 TEST 左面的“+”点开，选中 SIMATIC 300（1），然后选中Hardware并双击/或右键点击OPEN OBJECT，硬件组态画面即可打开。

（5）在右边菜单中找到SM-300→SINUMERIK→810D/840D，然后找到和设备采用的型号的相同的选项将其拖入到左边空白处，将看到图2对话框。

（6）在该对话框下可以设置接口的参数，一般要求和设备本身对应，确认无误后点击“确定”，将得到图3所示模块。

图2 组态界面

图3 组态界面

图4 组态界面

（7）再进行添加外部信号模块的步骤，首先，在SIMATIC 300→RACK 300下找到和设备上使用的型号相同的RACK（机架），双击后组态到左边的编辑窗口（图4）。

（8）给新组态的机架上进行配置，首先，需要1个电源模块。在SIMATIC 300→PS-300下找到电流大小合适的电源模块，双击进行组态。

（9）为了能够和810D/840D模块通信，现在组态接口模块。在SIMATIC 300→IM-300下找到所要配置的接口模块型号IM 361 IM R组态到机架的第三个SLOT中。

（10）进行信号模块的组态，根据现场实际情况，先添加数字输入（DI）模块，在 SIMATIC 300→SM-300→DI-300，将 SM 321 DI32×DC24V拖到左边机架的第4个SLOT中，一个DI模块组态完毕，系统将自动为模块的通道分配地址（该处为I32.0～I35.7）。该处将其“系统默认”取消后，可以修改地址，此处为了以后编程的方便，将其改为I0.0～I4.7，点击“确定”。