车床数控化改造设计后的整机调试

井建康，刘国群，丁世均，刘祖其

（1.新疆石油学院，新疆 乌鲁木齐 830000；2.浙江万向系统有限公司，浙江 杭州 311202；3.克拉玛依理工学院，新疆 克拉玛依833600）

0 引言

普通机床数控化改造后，通常还不能正常工作，还必须进行参数设置、整机调试，机床的精度、性能和功能等检验。整机调试分机械参数调试和电气参数的设置与调试。机械参数调试主要是机床导轨、主轴、滚珠丝杠、传动环节的间隙等的精度调试；电气参数调试主要是参考点、主轴、坐标轴、补偿、PLC 等参数的设置和调试。对于电气参数调试，这里要特别提醒： 一是参数调试或修改前，必须了解参数的功能和熟悉原设定值，不正确的参数设置或更改会造成严重后果；二是参数设置或修改好后，必须重新启动数控装置机床才能生效；三是熟悉参数常用键的功能，确保参数设置无误。下面介绍普通车床数控化改造后的参数设置与调试，机床精度、性能、功能等的检验步骤和方法。

1 整机调试

1.1 准备工作

普通车床完成机械和电气改造后，机床还不能正常工作，必须进行整机调试，或称机电联调。调试步骤分强电和弱电二步，数控系统外围的调试称为强电调试，为适应数控机床需要而调整机床参数的调试称为弱电调试，如PLC 用户程序等。整机通电前，断开CNC 单元至伺服单元的电源插头，这是一项安全措施以防止不正确的电源进入造成数控系统的损坏。了解这一过程对于理解数控机床的控制原理、故障诊断与维修很重要。

通电检查，对整机系统进行参数设置和调试，在系统通电前要做好以下准备工作： ①仔细检查机械和电器安装部分是否完成，保证无接线错误，避免烧坏模块；②准备好用户手册，SINUMERIK802S/C base line 的操作和编程手册；③准备好PC/PG（编程工具），用于数据保护和串行调试；④准备好Too1Box（工具盒）；⑤断开CNC单元至伺服单元的电源插头。

1.2 基本规则

（1）调试顺序。调试顺序包括CNC 引导情况、PLC 调试、设置技术数据、设置通用机床数据、设置坐标轴/机床专用的机床数据、坐标轴/主轴编码器匹配、坐标轴/主轴给定值设置、测试坐标轴/主轴的空运行情况、驱动调试、调试结束、数据保护。

（2）保护级。保护级分为0～7 级，0 为最高级，7为最低级，系统出厂时已设置了保护级2 和3 的缺省密码。0和1 无保护，西门子内部使用；2 的保护密码是EVENING（缺省），机床制造厂使用；3 的保护密码是CUSTOMER（缺省），调试者使用；4 级无保护，用户接口信号PLC→NCK，调试者使用；5～7 级为用户接口信号PLC→NCK。

1.3 上电和系统引导

（1）目测检查，机械结构安置是否正确？ 电路连接是否可靠？ 电源是否连接好？ 屏幕和接地线是否连接好？

（2）接通电源，给系统供电。

（3）调试开关（硬件）0～7： CNC 中的调试开关S3 用于系统的开机调试，位置0 为正常引导，位置1 为标准机床数据引导，位置2 为系统软件升级，位置3 为备份数据引导，位置4 为PLC 停止，位置5 为保留，位置6-7 为给定。

（4）调试开关（软件）： 引导系统（相当于调试开关0），标准机床数据引导（相当于调试开关1），备份数据引导（相当于调试开关3）。

（5）轴参数设置。首先设置参数让轴动起来。选用西门子的802C 系统和611 驱动器以及IFK7 的伺服电机。把系统和驱动器电机连好后，电机可能不会动。这时就需设置机床数据，轴数据等参数，要通过工具软件设定电机参数。802C 和802S 是同一本手册，用SIMOCOM U 配置611U，PLC 编程如果无误轴就应该动起来。接着再定义各项M 指令，如选择启动、停止等指令。

1.4 PLC 参数调试

（1）PLC 调试。PLC 的参数调试包括PLC 的初始运行、PLC 的启动方式、PLC 的报警、机床控制面版区布局、编程工具、指令集、程序管理、数据管理、连接控制系统接口、测试和监控用户程序。

（2）PLC 用户程序的下载/上载/复制/比较。使 用802C 编程工具下载PLC 程序，使用WinPCIN 工具调试PLC 数据；PLC 用户程序可以用802C 编程工具或Win-PCIN 工具保存。

1.5 初始化调试

在系统引导成功之后，初始化调试之前，将含有设定好机床数据的文件导入控制系统。

（1）输入通用机床数据。给系统供电，自动装入标准机床数据。首先输入一个保护级别2 或3 的密码；然后通过软件选择对通用机床数据、轴数据、显示机床数据、机床其它数据等17 个数据进行修改。如： 41110=0 JOG 方式进给率、41200=0 主轴速度、42000=0 起始角度、42100=5000 空运转进给率。这些数据输入后立即被写入到数据存储器中。

（2）坐标轴调试。802C 带有三个伺服电机进给轴（X、Y、Z）。接口X7 输出：X 轴（SW1、BS1、RF1.1、RF1.2），Y 轴（SW2、BS2、RF2.2、RF2.2），Z 轴（SW3、BS3、RF3.1、RF3.2）。

模拟/伺服驱动通过改变坐标轴机床参数MD30130和30240 的值，使给定值输出和编码器输入在模拟/驱动之间进行转换。MD30130=0/1，接口X7 无模拟输出/有输出；30240=0/2，模拟/产生方波信号。

（3）引导系统功能设置。引导系统检查： 接通电源，如无故障显示，系统在JOG 运行方式下进入回参考点状态，调试顺序先确定机床回参考点，查减速开关是否正常，然后检查以上参数。如轴不动，说明参数有问题，应检查30130〔X、Z〕=1（模拟给定量输出到轴控接口）、30200（主轴有编码器反馈）、30240〔X、Z〕=3（主轴带测量系统）、30240（X、Z）=2（TTL 编码器）、34200（X、Z）=1（电机编码器参考点零脉冲）、34200（X、Z）=4 （电机编码器参考点零脉冲等参数的设置是否正常）、32100 （X、Z）=1 或-1 （进给轴移动方向电机旋转方向）、32020（X、Z）=（电机编码器型号及编码器每转脉冲数）、32110（实际值方向）。系统第一次开机会自动产生一个初始状态，所有的存储区初始化，存储器中所存储的标准值作为初始值设置。

（4）传动系统功能设置。检查传动系统31030（X、Z）=（丝杠螺距）、31100（X、Z）=1000（脉冲监控）、31110（X、Z）=10（脉冲监控）、31050（Z）=（减速箱电动机端齿轮齿数）、31060（X）=（减速箱丝杠端齿轮齿数的机械参数是否正常）。

（5）根据电动机设定相关的速度参数。检查电动机转速，轴速度/丝杠螺距。32000（X、Z）=4800（最大轴速度G00）、32010（X、Z）=4800（点动快速）、32020（X、Z）=3000（点动速速）、32260（X、Z）=1200（电动机额定转速）、36200（X、Z）=4900（坐标速度极限等参数是否正常）。

（6）回参考点的设置与调试。802C 参考点有关的几个参数号的含义是：34000 （X、Z）=1 （减速开关生效）、34010（X、Z）=0/1（减速开关方向：0-正,1-负）、34020（X、Z）=2000（寻找减速开关速度）、34040（X、Z）=300（寻找零脉冲速度）、34050（X、Z）=0/1（零脉冲位置在： 0-开关外，1-开关内）、34060（寻找接近开关最大距离）、34070（X、Z）=200（参考点定位速度）、34080（X、Z）=0 （检测到零脉冲后的移动距离）、34100（X、Z）=0、34100（X）（参考点位置值），802C 系统的很多功能都建立在参考点的基础上。只有在回参考点后才能操作生效。第一次回参考点时务必小心，避免碰撞。

（7）软件限位及反向间隙补偿设置（要写入实测值）。当回参考点确定后，应该设置软件限位。36100（X、Z）=（轴负向软限位值），36110 （X、Z）=（轴正向软限位值是否正常）。测试反向间隙，并进行反向间隙补偿，32450（X、Z）=（反向间隙）。

（8）主轴参数设置与调试。该机床需要加工螺纹，所以主轴安装了编码器。主轴参数设置如下：

主轴参数有：30130（PS）=1（模拟量输出）、30240（PS）=0/2（模拟/方波发射器，主轴带测量系统）、36300（PS）=110000（主轴监控频率）、31020(PS)=2048（编码器每转脉冲数）、32260（PS）=3000（主轴转速）、36200（PS）=3100（主轴最大速度）、30200（主轴有编码器反馈）及35110（PS）=3000（齿轮换档速度）、35130（PS）=3100（齿轮级速度）、35150（PS）= 0.1（主轴速度容差），通过这些参数的设置，主轴就可以在点动模式下运行了。主轴调试时必须输入机床数据，43210 可编程的主轴速度极限值为G25、G26和主轴速度极限值G96。

（9）坐标轴参数及驱动特性设置。由于X 轴和Z 轴设置基本一致，所不同的是Z 轴电机带抱闸，而X 轴不带抱闸，下面只介绍X 轴参数的主要设置。

参数设置根据调试情况可作适当调整，直到机电均运行良好。坐标的运动是由PLC 控制的，PLC 判断检测外部信号，如果具备条件，X 坐标就可以运行了。

伺服电机的动态特性调试是通过调整伺服驱动SIMODRIVE611U 上的微调电位器进行的。调试时可利用示波器通过伺服驱动SIMODRIVE611U 的测试点，监控并调整速度跟随特性，当速度环调试完毕后可根据实际情况适当调整位置增益，32200 （位置环增益参数）、31020 （X、Z）=1000 （伺服电机编码器每转脉冲数）。为了增加安全性，除了硬限位外，还可设置软限位。

参数：36100（X）=（一级负软限位）、36120（二级负软限位）、36110 （X）=（一级正软限位）、36130 （二级正软限位）。这些可根据工作需要实际情况设置。软限位只有在回参考点之后才生效。

（10）丝杠螺距误差补偿设置。对每一坐标轴，确定补偿点数（如10 点）及补偿间隔（如10mm），实测后进行设定。螺距误差按轴进行，而且必须在返回参考点后才生效。参数38000〔X、Z〕=10、32700〔X、Z〕=1 为补偿参数设置。SINUMERIK802C 有三种补偿：背隙补偿，螺 补（LEC），自动漂移补偿。背隙补偿是补偿机械间隙，如反向间隙；LEC 是对坐标轴进行补偿；自动漂移补偿是对因为温差而产生的漂移补偿。

通过以上参数设置，主轴可以在点动模式下运行了，初始化调试完成。

1.6 调试结束

（1）密码保护。把用于保护级2 的缺省值“EVEVING”更改为自己熟悉的密码。如果在调试过程中，机床生产厂商使用了保护级2 的密码 “EVEVING”，则必须要对此进行修改。

保护方法是→按软件 “修改口令”，输入新的密码，并按“确认键”，完成密码保护。

（2）保护级复位。为了保护调试时所设置的数据，必须进行内部数据保护，调到保护级7（用户），否则在进行数据保护时会把保护级2 也一起保护起来。

保护方法是→按软件“关闭口令” →保护级复位完成。

（3）内部数据保护。调试结束，要进行内部数据保护。

保护方法是→按软件 “数据存储” →内部数据保护完成。各项机床数据调试完成后，关闭口令，存储数据。

（4）循环启动。把标准循环装入控制系统：将刀补、零件数据存入FLASH 存储器或PG 编程器，这些数据可在通讯菜单中选择，按 “数据输出” 软件执行传输。从工具软盘中选择所需要的技术路经文件，装入控制系统。重新通电，装好保存的数据。

2 结束语

近几年，把普通机床改造成经济型数控机床，已成为我国广大企业设备投资的重要组成部分。普通机床的数控化改造，不论是选什么机型，还是选什么数控系统，改造方法和步骤基本上差别不大，但参数设置和调试数据与选数控系统有关，不同的数控系统是有差异的，普通机床的数控化改造的参数设置与机电联调，综合了多门专业课知识的一门实践性很强的课，很适合机电类学生的专业课实习、毕业设计实习，也适合数控机床维护与维修人员参考。改造实例深受用人单位的欢迎，值得职业技术学院、企业培训借鉴。

[1] 刘祖其，刘海. 数控机床电气控制[M].北京：高等教育出版社，2013.

[2] 王侃夫.数控机床控制技术与系统[M].北京:机械工业出版社，2008.

[3] 严建红.数控机床及其应用[M].北京:机械工业出版社，2008.