西门子数控系统在机床中的应用

摘 要：对西门子数控系统进行了简要概述，从调试程序一体化、改进机床类型、升级数控系统、专业控制系统的智能化驱动以及高精端控制数控模块等方面，分析了西门子数控系统在机床改造中的具体应用情况，为今后西门子数控系统在机床中的创新发展应用提供了参考。

关键词：西门子;數控系统;机床;应用改造

1 西门子数控系统

1.1    系统概述

作为集合数控技术，西门子数控技术具备系统搜索、数字控制以及数控分析等功能，集各种控制功能于一体，可实现对软件的进一步开发。同时，西门子数控系统与自动化程序实现了有效融合，保证了界面控制系统与集成化控制系统的有效对接，可以实现做功循环、温度控制以及供应补偿等功能，属于新型软件操作技术。随着科学技术的快速发展，西门子控制系统可以保证资源的自动化应用，并划分不同的操作模块，在优化机械结构的前提下保证软件的有效开发。

1.2    主要构成

西门子数控系统属于较为完善的控制系统，具备开发与应用功能，且在当前系统数字化程序逐步创新的基础上，西门子系统实现了综合发展。西门子数控系统的基本程序，可以分为PLC程序、轮廓、NC程序、信息传输界面以及操纵控制等部分，其中轮廓主要通过伺服控制实现做功补偿。在数控机床中，伺服补偿技术主要通过运转系统与执行系统控制机电组合，通过做功进行控制与转换，提高机床的运行效率。PLC程序与NC程序具备数字运行功能，可以传达与执行产品传输与加工的基本命令，在机床改造过程中占据十分重要的地位，属于控制模块。在综合控制环节中，工作人员应保证传统机床控制系统与数字化系统的有效对接，充分发挥西门子数控系统的作用。信息传输界面可以通过显示屏发挥作用，在满足客户基本需求的基础上充分发挥数字化系统的实际作用，保障机床运行效率。

2 西门子数控系统在机床改造中的具体应用

作为新型的数字化控制系统，西门子数控系统升级了相关结构，可以保证其自然流畅的运行，在融合传统程序与新程序的前提下，充分发挥其在现代数控机床控制中的作用。

2.1    调试程序一体化

作为数控机床生产中的基础环节，机床调试十分关键。西门子数控系统运行期间应用了数字化控制程序，为了更好地适应现代机床的控制模式，应兼容机床控制结构与数控系统结构，严格控制做功功率。比如，在现代数控机床改造过程中，西门子系统可以综合对接传统机床与NC程序，保证程序的调试效果，且在调试期间可以及时根据故障问题改造兼容性较低的数控结构，确保机床系统运行的通畅性。

2.2    改进机床类型

传统机床结构简单，且操作环节较少，工艺技术结构并不复杂，降低了运行成本。但传统机床的运行效率较低，产品加工方面存在较多漏洞，无法保证运行质量，不能满足现代市场的商品需求。对此，工作人员应全面深化改革现代机床应用技术，综合西门子控制技术与现代系统技术，结合传统数字化系统的运行模式，升级改革系统内部资源。比如，在现代新型加工技术中，西门子系统具备更高的伺服做功速率，在改进现代数控机床技术后，可以保证西门子数字化系统与新型机床控制有效对接，优化创新现代机床的控制技术，完善机床系统运行结构，促进现代数控技术的综合发展。

2.3    升级数控系统

在现代机床控制系统中，西门子系统应保证全面升级，并优化创新新型的数控结构，保证对接程序系统的良性建立。PLC程序与NC编程均属于现代西门子数控系统数字控制技术的组成部分，在PLC系统中可以引入虚拟数据平台，保证融合扩展系统数据资源，实现模块化安装，进一步强化传统机床的自动化运行水平。比如，现代数控机床的常见输入点与切换点已经由之前的2 000个增加至2 048个，明显提高了PLC程序自动化控制系统的综合应用效率，完善了自动化控制系统与数据输入系统的资源结构。同时，在数控机床改造过程中，升级NC编程技术也至关重要，比如在运行NC编程系统时，若采用智能化C语言编码技术，可以升级优化现代控制系统的运行情况，确保系统运行资源数字运算算法与编程控制工作的协调性。除此之外，NC编程系统也具备一定的辅助功能，工作人员应根据系统不同的运行情况合理选择操作结构，保证控制效果，为此后机床运行做功补偿工作打下良好基础。为了进一步完善机床的运行结构，工作人员还应改变传统机床的运行控制模式，保证数字做功效率，合理对接机床做功数字化系统。

2.4    专业控制系统的智能化驱动

在现代数控机床的控制工作中，西门子系统具有十分重要的作用，可以智能化驱动数控机床控制系统与专业制造系统。比如，可编程模块、人机对话结构、数字控制器等均属于西门子系统的关键组成部分，具备良好的控制效果。为了保证现代机床系统的智能化分配，相关工作人员应模块分层化控制专业的操作系统，根据不同的数字化控制模块运行情况，相互关联新系统与双向控制系统。比如，现代控制系统中应用西门子技术可以实现原系统的优化与改革，保证发挥不同的控制作用，完善现代系统结构。人工操作系统、质量检验系统以及产品加工系统等均属于现代数控系统的组成部分，机床中引入新型智能模块化管理技术，可以保证机床同时运行不同的工作系统，拓展完善现代资源的供应结构，提高了系统的工作效率。同时，西门子系统还可以进行模块化智能管理，提高了机床的生产性能。在实际生产过程中，某一生产环节出现操作故障时，控制人员仅需要修理故障模块，降低了维修成本，提高了现代数控机床的一体化管理水平。

2.5    高精端控制数控模块

为了高精端控制现代机床逐步完善运行结构，工作人员应在机床改造环节中合理使用西门子数控技术。新型西门子数控系统包括828D、840D等软件控制系统，可以实现数字化控制、远程诊断以及远程驱动控制等功能，通过合理融合不同模块系统，机床可以实现产品的数字化加工，保障了现代系统模块的综合性拓展。比如，西门子数控系统中的远程控制系统具备加工、生产以及检验产品的功能，将更完善的智能检验系统应用于数控检验结构中，工作人员可以利用远程控制界面检查机床的实际运行状态，完成综合性检验。除此之外，在高精端远程控制系统中，相互融合远程控制与系统程序可以保证系统的综合性应用，实现自动化检验，在自动设定调试时间的基础上，自动更新数字化系统。由此看出，机床改造过程中应用西门子系统可以明显增强数字机床的应用效果，为机床技术的创新改造提供了更多依据。

3 西门子数控系统在机床中的应用案例

本文以某台机床的数控系统改造为例，详细介绍西门子数控系统的应用改造方案。

3.1    改造方案

（1）针对数控系统与驱动部分，引入了SINUERIK 828D数控系统，此系统基于SIMATICS7-200的PLC构架，使用“Programming Tool PLC 828”软件编辑诊断的PLC程序，其核心部件为PCU，集成通信与PLC人机界面，简化了安装流程，可靠性明显得到提升。在逻辑设计期间引入了标准的PLC编程语言，可以随机提供标准的PLC实例程序，缩短了设计周期，保证了设计工作的合理进行。

（2）机械部分，某机床具备良好的机械应用性能，无需进行大规模修复。但系统采用了电动卡盘，夹紧效果较差，实际应用期间应对其进行更换，将电动卡盘改为手动卡盘。

（3）电气部分，原机床具备复杂的电气结构，在引入西门子828D系统后，控制线路得到明显简化，提高了线路稳定性。实际改进期间，工作人员应拆除大部分无用连接线，仅保留部分输出与输入控制信号，包括限位控制信号以及刀架控制信号等。原控制信号为负极性时，应将其改造为正极性输出与输入信号。同时，应准备两台24 V电源盒，一台为输入与输出系统提供电源，另一台为主机供电。除此之外，原驱动控制线采用九针插头，运行期间较易出现故障，应及时将其改造为符合西门子要求的15针插头。

3.2    改造措施及内容

（1）改造后，工作人员应根据调试手册做好硬件设施的连接工作，仔细检查调试，确保连接无误。

（2）合理设定电气配置基本参数，在调试NC系统时包括设定基本参数与系统初始化两部分，其中基本参数包括齿轮传动比、坐标加速度及速度、位置控制以及回参考点等方面。系统在引入西门子828D系统后，PLC系统操作更为简便灵活，系统采用了梯形图编制程序，在CD盘工具盒中设置文件库系统，为铣床与车床编制了灵活可行的编程实例。此次主要针对标准机床进行改造，根据子程序的实际运行情况定义不同功能，包括急停处理、各坐标轴控制、润滑控制、冷却控制以及系统初始化等。

（3）注意改造细节，工作人员在系统首次上电调试期间应设定必要的PLC机床数据，明确机床的基本类型与系统参数，调试期间驱动器若没有就绪，可以将PLC机床参数0设定为1，以保证在系统退出时机床能急停。在完成驱动器调试工作后，还应将参数重新设定为0。在使用双极性主轴时，无需定义Q0.0与Q0.1。当使用单极性主轴时，应在PLC程序中去除Q0.0与Q0.1，以免损坏系统。除此之外，PLC程序涉及铣床与车床的逻辑定位关系时，应结合实际运行情况进行适当调整，保证运行效果。

3.3    系统调试

（1）系统上电，工作人员应仔细检查接线情况，保证连接无误，以免损坏模块。（2）设置参数，在完成系统启动工作后，出现700 000用户报警号时，可以将PLC参数MD14510[0]设定为1，保证车床的正常运行。在重新启动系统后，若出现多用户报警情况时，设置PLC参数MD14510[10]=17、MD14510[11]=

23、MD14510[14]=21、MD14510[15]=19、MD14512[0]=AFH、MD14512[1]=1H、MD14512[2]=B0H、MD14512[5]=2H、MD14512[7]=5H等，以及时消除报警问题。

（2）设置坐标参数，机床系统X轴与Z轴保持一致的配置参数，而X轴不带有抱闸，Z轴带有抱闸，根据系统的运行情况设置PLC程序。比如，在设置X轴参数时，工作人员应及时根据调试情况进行调整，保证机电设备的良性运行。PLC系统控制坐标运动，准确判断外部信号的实际运行情况，当符合条件时，X轴可以正常运行。为了保证系统的安全运行，工作人员还应设定软限位，根据工作的实际情况设定参数MD36100、MD36120以及MD36110、MD36130，在回參考点后，软限位才可以生效。

（3）设置主轴参数，此机床主轴安装了编码器，工作人员应合理设定参数，以保证主轴处于点动运行模式。

（4）设置参考点参数，为了保证系统精准识别机床零点，系统应同步测量主轴系统，回参考点。828D系统主要在参考点的基础上设定基本功能，包括LEC补偿、MDA方式等方面，回到参考点后才可以进行操作。同时，机床带有减速开关，零脉冲在减速开关前，机床应根据方向键设定每个轴向参考点，并注意避免碰撞。

（5）补偿，加工工件时，力传递与测量系统会产生差错，加工轮廓偏离预期的几何曲线，降低了机床的加工精确度，且受机械力与温差的影响，大型工件的加工也会影响精度，此时可以进行运行补偿，包括自动漂移补偿、背隙补偿以及螺补等。

（6）调试驱动器，主要包括升级固件以及电源配置等方面，驱动器电源与电机模块指示灯应保证2 Hz的频率，交替显示红绿灯，且828D分配轴应采用Startup-too自动软件进行设定。

（7）NC调试，在HMI上集成先进的伺服优化软件，自动设定速度环与位置环，保证各轴的独立运行。

3.4    改造效果

该机床经过改造后，机床操控性与可靠性得到明显提升，降低了投资成本，为企业带来了良好的经济效益。

4 结语

西门子数控系统引入了先进的数字控制模式，可以保证系统运行的精确化与标准化。西门子数控系统为机床控制工作的顺利进行提供了更为高效的保障，为未来数字化机床的发展与应用提供了更多依据。比如，现代机床在引入西门子技术后可以随机转变数字可控程序，融合检验系统与机床加工系统，保证产品安装与机床加工的一体化，为未来数字化机床的创新发展提供了无限可能。

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收稿日期：2019-12-27

作者简介：张爱双（1972—），男，河北唐山人，助理工程师，研究方向：机电一体化、西门子数控机床等。