摘 要：C5225 立式車床在保留右刀架機械結構和手（shǒu）動操作功能不變的基礎上，用 SINUMERIK 828D 數控係（xì）統和 S120 驅動係統完成對左刀架進給（gěi）軸的半閉環控製，使（shǐ）其能夠聯動，完成（chéng）複雜零件的加工。
 
       關（guān）鍵詞：C5225；SINUMERIK 828D；S120 驅動係統；數控改造
 
       1、 C5225 立式車床概況
 
       C5225 立（lì）式車床自 1973 年出廠至今，已使用近 40 多年。隨著市場和產品的變化，C5225 立車的功能已不（bú）能滿足公司要求。主要表現：機床精度較差，機床使用期間從未進行過大修，隻能完成產品的粗加工工序；機（jī）床的（de）加工範圍小，刀架係統的進給軸隻能互相切換，不能聯動，無法完（wán）成具有複雜曲麵零件的（de）加工；機床故障率高，機床一直處於超負（fù）荷運轉狀態，電控係統故障頻繁，維修困難，造成機床長時間（jiān）停機維修，嚴重影響生產效率；機床的適應性差，對不同零（líng）件的加工，需要先設計工裝刀具設備，增加了生產成本。
 
       2、 C5225 立式車床改造要求
 
       為滿足公司的生產需（xū）求，加工具有複雜曲（qǔ）麵的產品（pǐn），改後造的 C5225 立車必須達到 6 項要求。
 
      （1）更換電氣控製（zhì）係統，全麵提高機床性能和穩定性。
      （2）實現刀架兩個進給軸的聯動，使其具備直線插補和圓弧插（chā）補（bǔ）的功能，滿足公司的（de）加工需求。
      （3）利用數控係統的模擬主軸功能，在 NC 係統中通過編程控製機（jī）床主（zhǔ）軸。
      （4）保留一個刀架用於常規加工或者備用。
      （5）降低設備故障率，便於維護管理。
      （6）增加 Mini 手持單（dān）元，使（shǐ）得對（duì）刀操作更加方便（biàn）。
 
      3 、C5225 立式車床數（shù）控化改造方案
 
      根據 C5225 立式車床的情況和改造要求，提出改造方案。保留右刀架的機械結構和手動操作功能（néng）不變，用 SINUMERIK828D 數控係統對左刀架的（de）兩個進給軸進行半閉環控製，使其可以進行聯動，並且增加變頻器實現主軸安全可靠的控製（zhì）。
 
      3.1 左刀架控製部分
  
      將 C5225 立式車（chē）床左刀架（jià）的走（zǒu）刀箱拆（chāi）除，各軸采用電機通過（guò）行星減速器與絲杠直連的方式進行設計，並更換新的滾珠絲杠。數控係統（tǒng）采用 SINUMERIK 828D，左刀架 Z 軸和 X 軸進（jìn）給（gěi）伺服驅動係統采用 SINAMICS S120 驅動係統和（hé） 1FK7 係（xì）列交流伺服電機。數控係統和驅動係統的（de）產品（pǐn）見表 1。數控係統 SINUMERIK 828D 不僅需要（yào）和 MCP 模塊、PP72/48D PN 模塊通信，還（hái）需（xū）要（yào）和 S120 驅動係統連接起來，連接方式見圖 1。通信線從 828D 的 Profinet 接口 PN1 連到 MCP483 的 X20 接口，又從 MCP483 的 X21 接口連到 PP72/48 D PN 模塊的Port 接口，這樣 828D PPU 就（jiù）可（kě）以和 MCP、PP 模塊進行通信。
  
                        表1 數控係（xì）統的組成部件（jiàn）
      

              圖 1  SINUMERIK 828D 的拓（tuò）撲結構圖
 
     10 kW 的電源模塊 SLM 是沒有 DRIVE_CLIQ 接口的，所以828D 與（yǔ） S120 的連接是從 PPU 的 X100 接口直接到 DMM 的 X200 接口，Z 軸和（hé） X 軸電機內置的編碼器連接到 DMM 的 X202、X203 接口（kǒu）（圖 1）。
 
 
     3.2 主軸控製部分
 
     C5225 立（lì）式車床的（de）原主電機為三（sān）相交流電機，啟動方式為星/ 三角啟動，製動方式為能耗（hào）製動。工作台共有 16 擋，通過機械齒輪傳動進行變擋，而且主軸的操作集成（chéng）在懸掛（guà）麵板（bǎn）上（shàng）。為了使（shǐ）主軸的控（kòng）製更加方便快捷、安全可靠，增加變頻器控製主軸，並且將機械擋位變為 4 擋，通過變頻器實現主軸（zhóu）在擋位上的無極調（diào）速。主軸的操作既可以在懸掛麵板上，也可（kě）以在 MCP 麵板上。
 
     SINUMERIK 828D 數控係統還提供了模擬主（zhǔ）軸的功能（néng），即不僅可以手（shǒu）動控製主軸，還可以在 NC 係統中通過編程指令控製主（zhǔ）軸。在手動（dòng）模式下，可以通過懸掛麵板和 MCP 麵板來控製主軸的正（zhèng）轉、反轉、加速、減速、正點、反點和停止。主軸變擋按鈕是在 MCP 麵板（bǎn）上。在編程模式（shì）下，可以通過變擋指令和運（yùn）動指令來（lái）實現主軸的變（biàn）擋控製和運動控製。828D 還提供了主軸（zhóu）擋位顯示功（gōng）能，無論是手動變擋還是編（biān）程變擋，都（dōu）可以在 HMI 上顯示目前（qián）主軸所在的擋位。
 
     C5225 立式車（chē）床主軸的變頻器連接（jiē）見圖 2。L1 為輸入交流電抗（kàng）器。可以防止電網高壓輸入而損壞整流部分元器件。S1-S8是開關量輸入（rù）端子，通過功能碼設（shè）置 S1-S8 的功能來控製主軸的運動。AI1 與 GND 為模擬量輸入接口，與 828D PPU 的 X252.1 和 X252.2 腳連接起來，可以實現模擬主軸功能。RO1 和 RO2為繼電器（qì）輸出點，連接兩個中間繼電器，通過功能碼設置（zhì）中間繼電器指示為變頻器準備好（hǎo）與變頻器過載報警。
  
    
  
          圖2 C5225 立式車床主軸變頻器的連（lián）接示意
 
     4 、C5225 立式車床（chuáng）的調試
 
     機床（chuáng）通電調試之前，要檢查 DC 24 V 回路有無短路，驅（qū）動器進線電源模塊與電機模塊的直流母線連（lián）接是否可靠，DRIVECLiQ 電纜和 PROFINET 電纜連接是（shì）否正確 。一切正常之後，機 床方可通電。
 
     4.1 驅動係統的調試
 
     828D 數控係統上電（diàn）之後，首先要進行係（xì）統的初始設定（dìng）。在（zài）確保 PLC 控製程序所有（yǒu）的安全功（gōng）能全（quán）部準確（què）無誤後，開始調試驅動（dòng）。驅動的調試包括配（pèi）置驅動和分（fèn）配軸：在 HMI 上（shàng）通過MENU→調試→驅動係統→驅（qū）動設備進入驅動（dòng）配置界（jiè）麵，按“確認（rèn）”鍵開始配置驅動（dòng）；必須用 Startup-tool 軟件來進行軸分配，打開 Startup-tool 軟（ruǎn）件，點擊“Drive system”→“Drives”，按照提示就可以完成軸的分配。分配軸的過程中（zhōng）一定要注意各個軸的配置選擇，正確選擇各個軸（zhóu）的電機（jī）是否帶抱閘。
 
      4.2 係統的軸（zhóu）控製使能鏈
 
     係統（tǒng）的軸控製使能鏈就是指係統各部分上電順序的先後。SINUMERIK 828D 和 S120 驅動係統上電的第（dì）一步是給（gěi）電（diàn）源模塊（kuài）加 EP 使能，即電源模塊 SLM 上的 X21.3 給入 24 V。間隔100 ms 後（hòu），可以加 OFF1 使（shǐ）能，即 PPU 的 X122.1 給入（rù） 24 V。OFF1 使能（néng）加上後，可以加 OFF3 使能（néng），即 PPU 的 X122.2 給入24 V；加 OFF3 的同時可以給各軸加脈衝使能和控製使能，即PLC 接口（kǒu）地址 DB380x.DBX4001.7 和（hé） DB380x.DBx2.1=1。按下急停（tíng）開關（guān）時，首先應該斷（duàn）掉 OFF3，待所有（yǒu）軸出現靜止信（xìn）號（PLC：DB390x.DBX1.4）時，可以（yǐ）同時斷開 OFF1、脈衝使能和控製使能，OFF1 斷開後延時 100ms 斷開 EP 使能（néng）。可以（yǐ）通過（guò）828D PPU 上的按鍵“MENU”→“診斷”→“〉”→“軸診斷（duàn）”來查看係統各部分的使能是否（fǒu）已加上。
 
      4.3 機床參數的設置
   
      驅動配置之（zhī）後，還有（yǒu）一些與機械相關的機（jī）床數據需要自行設定。隻有設定這（zhè）些參數之後，才可以在（zài） NC 係統中（zhōng）控製左刀架的進給軸和主軸。需自行設定的參數見表 2。

                    表 2 自行設定的機床參數

     
    
      4.4 PLC 程序的（de）調試
 
      C5225 立式車床的（de）輸入輸出模塊是采用西門（mén）子的 PP72/48D PN 模塊，該模塊（kuài）提供 72 個輸入點和 48 個輸出點。C5225立式車床（chuáng）左刀架的運動是由數控係統控製的，無需 PLC編程控製。而 MCP 麵板、急停、手持（chí）單元的程序都是從 828D 子程序庫中調（diào）用。油泵電機、橫梁電機、右刀（dāo）架快速（sù）電機、進（jìn）給電機、主電機的控製程序以及報警文本程（chéng）序需自己編製。
 
      5 、改造效果
 
     C5225 立式車床改（gǎi）造之後（hòu），電氣控製係統運轉正常，左刀架的（de） Z 軸和 X 軸可以聯動，可以加工球麵瓦（wǎ）等類似的工件，而且電控係統穩（wěn）定，無故障發生，可以實現 9 項功能，達到了數控化改造的預期目標。
 
    （1）左（zuǒ）刀（dāo）架的進給軸 X 軸和 Z 軸可以實現聯動，具備直線插補和圓弧插補的功能，可以加工具有複（fù）雜曲麵的零件。
    （2）可以用 Mini 手持單元控製左刀架的進給軸，使得操作者手動操作更（gèng）加靈活，對刀變得更加（jiā）容易。
    （3）保留（liú）了右刀（dāo）架的功能，可以作為常（cháng）規加（jiā）工使用或備用。
    （4）增加變頻器控製主軸（zhóu），使得主軸的控製更加安全可靠，而且可以實現主軸在擋位上的無極調速。
    （5）主軸的操作更加（jiā）方便，既可以在懸掛麵板操作，也可以在 MCP 麵板上（shàng）操作。
    （6）可（kě）以在 HMI 上看到主軸的擋位顯示。
    （7）增加了模擬主軸的功能，可以通過編（biān）程指令實現主軸的自動換擋和運動控製。
    （8）在 HMI 上創建了報警文本（běn），可以方便快速的發現機床故障，縮（suō）短了故障排除時間。
    （9）在機床左刀架安裝精密行程開關，使機床運行（háng）更加（jiā）安全可靠。

     來源：1.洛（luò）陽中重設備工（gōng）程（chéng）工具有限責任公司  2.中信（xìn）重工機械股份有限公司