西门子数控系统用于CQ61100车床数控改造

席 勇

（中航飞机股份有限公司，陕西西安 710089）

西门子数控系统用于CQ61100车床数控改造

席 勇

（中航飞机股份有限公司，陕西西安 710089）

西门子SINUMERIK 802C base line数控系统在CQ61100普通车床数控化改造中的应用。采用SINUMERIK 802C base line经济型数控系统和SIMODRIVE 611UE配合使用，为CQ61100的数控化改造提供数控解决方案。

卧式车床；SIMODRIVE 611UE；数控改造

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.09.55

0 引言

CQ61100卧式车床由天津第二机床厂于1985年设计制造，机床卡盘回转直径1000 mm，最大加工工件长度3000 mm，属于大型卧式车床。厂家计划使用该设备加工火车牵引销，由于该零件外形复杂，加工精度要求高（牵引销外形呈锥型，最大外径960 mm，最小外径125 mm，表面粗糙度Ra=1.6 μm），原机床很难完成该零件的加工，因此用户决定对该设备进行数控化改造。

1 机床改造方案

1.1 机械改造方案

（1）拆除机床X坐标光杠、丝杠等传动部件，换装高精度滚珠丝杠，提升机床的加工精度。

（2）拆除机床原有刀架及刀架进给系统的中、小溜板。更换Z坐标的传动丝杠，换装高精度滚珠丝杠。

（3）将原刀架更换为电动刀架，实现设备的自动换刀功能。（4）重新设计机床的润滑系统。更换主轴刹车器。

（5）对主轴齿轮箱、X坐标滑枕、Z坐标大溜板等部件进行精度调整、修复。

1.2 电气改造方案

（1）选用西门子SINUMERIK 802C base line数控系统作为机床的控制系统。

（2）选用西门子SIMODRIVE 611UE伺服系统进行机床的伺服控制。选用西门子1FK7系列伺服电机作为X、Z坐标的驱动电机。

（3）进行电气控制系统、PLC程序、牵引销NC加工程序的设计。

（4）设计电气控制柜、自动走线装置等电气辅助设施。

2 SINUMERIK 802C base line数控系统

2.1 数控系统

SINUMERIK 802C base line数控系统是西门子公司在SINUMERIK 802C基础上开发的经济型数控系统，主要应用于车床和铣床的数控解决方案。该系统可以控制2～3个伺服轴和1个伺服主轴，可以连接SIMODRIVE 611UE或SIMODRIVE base line伺服系统。该系统根据车床和铣床的加工特点，提供丰富的固定加工循环，提高加工效率。

SINUMERIK 802C base line数控系统将CNC、PLC、通讯等功能集成于一体，同时提供丰富的接口完成伺服及PLC控制功能。其操作面板除具备基本控制功能外，还为用户提供12个用户自定义键，以满足用户使用需求。

2.2 PLC系统

SINUMERIK 802C base line的PLC功能集成于CNC中，作为系统的一个独立软件，为用户提供48个输入点，16个输出点，满足车床和铣床的PLC控制需求。

为了使用户有更好的使用体验，系统预装了PLC（Sample.ptp）控制程序，用户在使用过程中只需通过机床参数（MD14510、MD14512）的简单设定即可完成对机床的控制。此外，用户也可以根据需求自行设计PLC程序，以完成对机床的PLC控制。

2.3 伺服系统

SINUMERIK 802C base line数控系统与SIMODRIVE 611UE伺服系统的连接为数控车床或铣床提供完善的闭环控制解决方案。

SIMODRIVE 611UE是一种通用型伺服驱动器，用户可以根据不同的应用场合进行灵活设置。西门子提供的SimoComU伺服调试软件，用户可以方便对伺服系统进行设定及调试，使伺服轴的动态运行更加稳定。

SIMODRIVE 611UE提供模拟接口（±10 V）、角位移编码器接口、数字输入输出接口，使用户可以灵活应用。SIMODRIVE 611UE 可连接西门子 1FK7、1FK6、1FT6，1PH等伺服电机，并可通过PROFIBUS-DP或TERMINAL模块完成伺服单元的扩展。

3 SINUMERIK 802C base line数控系统调试

3.1 数控系统及PLC调试

3.1.1 系统上电及引导

在一切准备好后，将调试开关打到位置0，打开电源开关，系统正常引导。

在第一次引导开始时，系统会加载标准用户程序Sample.ptp。若系统引导正常，面板上的POC灯（绿色）点亮，DIA灯（红色）闪烁，同时系统出现700000号报警，提示用户输入相关参数，此时说明系统启动完毕。

3.1.2 PLC程序调试

3.1.2.1 PLC程序的编制

为满足CQ61100卧式车床的控制需求，编写Sample.ptp程序中的SBR0-SBR30的子程序，其中SBR31-SBR64为标准功能子程序。在标准功能子程序中，用户需参照SBR31 USR_INI子程序进行修改，以保证PLC参数与SINUMERIK 802C base line的功能对应关系。

在子程序中对信号I0.0-I0.7及Q0.0-Q1.7采用了滤波原理处理，子程序中这些信号都按常开逻辑处理。为了适应外部节点的逻辑需求，可以通过PLC参数MD14512[0]-14512[3]和14512[4]-14512[7]进行设置以改变逻辑关系。现对程序编制过程中关键部分及子程序予以说明。

（1）用户键定义

K1—机床使能键，K2—机床状态指示，K4—手动换刀键，K5—坐标润滑键，K6—主轴润滑键；K10—机床照明灯，K12—超程释放键。

（2）EMG_STOP(SBR33)

A：在急停处理过程中,首先从机床的安全考虑,需将外部的坐标限位、急停开关接在常闭点，这样就和子程序中的常开逻辑矛盾。为解决该问题，在程序下载后必须将PLC参数中的MD14512[0]-MD14512[3]相应位置为1。

B：在PLC调试阶段，因伺服系统没调试，所以伺服准备好信号I1.7为低电平，为使PLC调试正常进行，需将I1.7接为高电平,使系统退出急停状态。

C：PLC急停使能信号为 V26000000.1和 V26000000.2，急停反馈信号为V27000000.1。同时必须对伺服驱动器端子T48、T63、T64的上电顺序进行控制。

（3）SPINDLE（SBR35）

A：CQ61100车床的在改造方案制定时保留了原有电气控制方式，不进行伺服控制。主轴正转和反转输出点为Q0.0、Q0.1，主轴刹车输出点为Q0.2。

B：在加工过程中出现急停时，需保证进给保持时，同时切断主轴输出并控制主轴刹车。并考虑在ATUO/EDIT方式下主轴过载/进给时的进给保护。相关信号如下：

V32000006.0：FEEDHOLD 击活

V32000006.1：READ_IN不使能

V32000007.0：NC START 击活

C：在REF和TEACH_IN方式下禁止主轴旋转,相关信号如下：

V30000001.0：REF 方式选择

V30000001.2：TEACH_IN方式选择

（4）AXIS_CTL(SBR40)

该子程序主要完成对坐标轴的控制，相关控制功能如下，并以X坐标为例进行PLC信号说明：

A：进给坐标的使能控制，相关信号如下：

V38000002.1：驱动使能

V38000004.3：进给停止

B：进给坐标的参考点功能控制，相关信号如下：

V38001000.7：X坐标参考点凸轮

V32000001.0：参考点到达击活

V33000004.2：所有的坐标参考点建立

C：进给坐标的移动方向控制，相关信号如下：

V39000004.6：X坐标正向移动

V39000004.7：X坐标反向移动//D：进给坐标的限位控制。特别是控制进给坐标在出现限位的情况下，不能使移动轴向超限位方向移动。相关信号如下：

V45001018.4：X坐标只有一个限位开关

V38001000.0：负向硬件限位

V38001000.1：正向硬件限位

（4）TURRET1（SBR46）

该子程序为电动刀架控制模块。本次改造选用4个刀位的电动刀架，刀架采用霍尔元件采集刀位信号。该信号盘输出的直流信号只有3 V，不能满足SINUMERIK 802C base line的PLC输入点DC24 V的高电平要求，因此对发射盘输出点安装电阻，将电平提升到DC24 V。电动刀架的控制功能如下：

A：电动刀架的正向和反向控制。该电动刀架在寻找刀位时正向旋转，刀架的卡紧采用刀架的反向旋转并配合机械机构进行卡紧。相关信号如下：

M112.0：刀架 CW

M112.1：刀架 CCW

M101.0-M101.3：刀位信号

B：手动和自动换刀控制。在手动换刀时按压操作面板上的K4键进行更换，移动一个刀位停止一次，直到找到所需刀位。在自动换刀时由程序中的T功能进行控制。相关信号如下：

VD25002000：T 功能

MD108：程编刀号

V10000000.3：操作面板手动按键K4

3.1.2.2 下载PLC程序

在对Sample.ptp用户程序编辑完成后，使用Programming tool PLC802软件和V24通信电缆将用户程序下载，下载时需对Programming tool PLC802的通信进行设置，并对程序进行编译并下载（图1）。

图1 通信设置

3.1.2.3 设置PLC参数

在PLC程序下载成功后，重启系统。若系统引导一切正常并PLC程序无误，系统自动出现700000号报警，提示用户输入相关参数，见图2。相关PLC参数设定如下：

MD14510[13]=15 MD14512[0]=FFH

MD14510[17]=1 MD14512[1]=FFH

MD14510[20]=4 MD14512[2]=83H

MD14510[21]=100 MD14512[3]=0FH

MD14510[22]=12 MD14512[4]=FFH

MD14510[26]=23 MD14512[5]=FFH

MD14510[27]=29 MD14512[11]=81H

MD14510[30]=27 MD14512[16]=01H

MD14510[31]=25 MD14512[18]=F4H

图2 PLC参数界面

3.2 伺服调试

3.2.1 设定伺服参数

在PLC基本功能调试完成后，根据实际伺服配置情况对SINUMERIK 802C base line的伺服参数进行设定，关键的伺服参数设定如下（以X坐标为例）：

MD30130=1 MD30240=2

MD34200=1 MD31020=4096

MD31030=5 MD31050=1

MD31060=5

3.2.2 设定驱动参数

SIMODRIVE 611UE是一种用户可配置的伺服驱动器，在SINUMERIK 802C base line伺服参数设定完成后，需使用SimoComU软件对SIMODRIVE 611UE进行在线设定、调试。并保证SIMODRIVE 611UE和SINUMERIK 802C base line之间伺服参数的对应。

（1）设定驱动参数

在进入SimoComU后，首先选择联机方式，然后根据实际使用的伺服电机以及SimoComU软件的提示进行设定（图3），在确认所有电机参数正确后，SimoComU会自动计算SIMODRIVE 611UE和所配电机的匹配数据。计算完成后必须将SIMODRIVE 611UE参数P890设为1，否则角位置编码器信号不会输出到NC。

图3 SimoComU设定界面

（2）动态特性调试

为提升坐标轴的运动特性，需对伺服系统进行动态特性调试。SINUMERIK 802C base line使用SimoComU软件伺服动态进行。调试步骤如下：

A：将MD30200设为1（调试完成后设为0），以保证调试期间使能端子65和9一直闭合。

B：进入SimoComU软件，选择联机方式，再选择PC机控制。

C：分析机械特性1（电机正转，电机抱闸释放）。

D：分析机械特性2（电机反转，电机抱闸释放）。

E：电流环测试（电机静止，抱闸卡紧）。

F：参数优化计算。

G：恢复通用参数MD14512[16]=0，轴参数 MD30200=1，系统重新上电复位,动态优化结束。

4 结语

综上所述，SINUMERIK 802C base line数控系统作为经济型数控系统可以很好地完成对车床的控制，是普通车床数控化改造及应用的解决方案。

TP273

B

〔编辑 李 波〕