摘要：數控機床與傳統（tǒng）機床相比（bǐ）具有精（jīng）度高（gāo），效率高的特點（diǎn）。但目前（qián）國內小型企業仍以普通（tōng）機床（chuáng）為主，製約了小型企業（yè）的發（fā）展。未解決上述問題利用現（xiàn）代先進數控技術（shù）對舊的設備進行改造和提升，以最少的（de）投入（rù）來滿足現代化加工的需求，成為近幾年機床改造的發展方向。本文以C616普通車床的數控化改造（zào）為例，介紹（shào）以西門子802S為數控係統的電氣化（huà）改造方案。
 
     關鍵詞：西門子802S數控係統；控製電路
 
     1、 802S數（shù）控係（xì）統的基本功能與方案配置
 
     德國（guó）西門子公司（sī）生產的802S數控係統是一種專門針對中國市場（chǎng）開發的經濟型機床數控係統。它采用32位的微處理器（qì）(AM486DE2)、集成PLC，分離（lí）式小尺寸操作麵（miàn）板、液晶顯（xiǎn）示器和機（jī）床（chuáng）控製麵板。802S可以（yǐ）控製2～3個步進（jìn）電機驅動的進給軸和一個主軸。802S數控係統的（de）基本功能如下：線性插補軸最多3軸(開環)；一個變頻器驅動的主軸，具有主軸編（biān）碼器反饋接口；PLC模塊具有16個輸入點和16個輸出點，經擴展可以（yǐ）達到64個輸入點和64個輸出點；支持中（zhōng）/英文轉換；螺距補償和間隙補償；具（jù）有RS232C串行接口，可以與計（jì）算機通信；具有故障報（bào）警信（xìn）息顯示和診斷數據（jù）顯示；支持車（chē）削循環和銑削循環；刀具補償功（gōng）能；螺旋插補（bǔ）功能；用（yòng）戶程序存儲器256K；可以擴展兩個電子手輪；通過特（tè）定的參數設置可（kě）以獲得示教功能。
 
      本文C616改造方案中的配置為：選（xuǎn）用（yòng）802S NC係統（tǒng），含顯示和操作（zuò）麵板（bǎn）；根據X軸的（de）進給功率要求，通過計算（suàn），選擇9Nm的步進電機；根據z軸的進（jìn）給功率要求，通過計算，選擇12Nm的步進電機；X軸和Z軸驅動（dòng）器，選用SETPDVEC型驅動器；主軸變頻器采用ATV-28HU90N4變頻器；主軸編碼器采用1024線變頻器；采用lOOVA的係統電源隔離變壓器；係統電源采（cǎi）用24V/4.5A電源；主（zhǔ）電機仍采用原來舊機床的電機。
 
      2、 控製電（diàn）路設計
 
      2.1主軸（zhóu）電路
 
     （1）802S數控係統的主軸速（sù）度模擬（nǐ）量控（kòng）製電壓西門子802S數控係統的（de）主軸速度模擬量控（kòng）製電壓為：DC-10V～+10V。其中0～+10V為主軸正轉速度控製(執行（háng）M3指令（lìng）)，0～-10V為主軸反轉速度控製(執行M4指令)。而變頻器的速度控製電壓為0～+10V，其正/ 反轉由（yóu）變頻器的I/O端（duān）口輸入的狀態控製。如果直接把數控係統的速度控製模擬電壓輸出端直接與變頻器連接，將導致變（biàn）頻器不能識別反轉控製電壓而不能實現反（fǎn）轉（zhuǎn）。電路KAl、KA2用於控製變頻器的（de）正反轉（zhuǎn），KA3用（yòng）於對速度控製電壓（yā）的極性進行轉換，保證變頻器的速度控製電壓在反轉時也為0-+10V。
 
     （2）變（biàn）頻器故障報警輸出
 
     變頻器的故障報警輸出作（zuò）為係統的報警輸入，如果主軸出現過流、短路、過熱（rè）等故障時均可及時停止係統的運行，並發（fā）出報警信號。
 
     2.2軸限位與參考點返回電路
 
    （1）軸的限位（wèi）輸入端設置為負邏輯
 
     采用負邏輯控製：使用限（xiàn）位行程開關的常閉（bì）觸點，當限位開關沒有壓下（xià）時I/O點與24V接通（tōng），當限位開關被（bèi）壓下（xià）I/O點與24V斷開，機床限位。這種（zhǒng）接法消除因線路開路而產生限（xiàn）位失靈現象，提高了限位電（diàn）路的可靠性（xìng）。限（xiàn）位輸（shū）入端采用負邏輯需對係統的相關參數（shù）進行修改。采用負邏輯輸入（rù）的方法，這樣有利於提高數控（kòng）機床的可靠性和安全性。本（běn）次數控改造使用的數控係統為西門子802S數控係（xì）統，實現負邏輯輸入（rù）要軟件、硬件兩方麵配合才能實現。
 
     a.硬件連接

                      圖2.1負邏輯輸入（rù）
     
     圖2.1所示的是負邏輯輸入的連（lián）接方法，信號輸入使用行程開關（guān）的（de）常（cháng）閉觸點。在正常（cháng）情況下SQl是閉合的，該（gāi）輸入點的邏輯值為“1”，當SQl被壓下斷開時輸（shū）入點邏輯值為“0”。這時要求通過數控係（xì）統的參數設置（zhì）或修改PLC程序把該點邏輯值“1”設定為無效狀態，而邏輯值“0”設定為有效（xiào）狀態。如果從+24V端子（zǐ）到PLC的輸入（rù）點之問的線路（lù）出現開路（lù）或接觸不良時，該點被認為有效，機（jī）床會立（lì）即報警，必（bì）須在電路連接（jiē）良好的情況下機床才能正常運行。這種方法排除了因限位電路開路而造成故（gù）障的可能性，機（jī）床的（de）安全性得到提高。
 
     b.軟件（jiàn）設（shè）置
   
     負（fù）邏輯需要把邏輯“1”改為無效狀態而邏（luó）輯“0”為有效狀態，是通過在西門子SINUMERIK802S數控係統中改變參數實（shí）現（xiàn）的。
 
    （2）參考點返回采用雙開關方式
 
     用行程開關做參考點返回減速開關，用接近開關（guān）作為參考點（diǎn）檢測開關。在各軸返回參考點時，先高速運動到參考點返回（huí）減速開關，將其壓下後反向慢速逼近參考點，到參考點檢測開關後完成參考點返回。由於（yú）這種方法使各軸在達到參考點前速度較低(可通過參數（shù）設定改變)，所以精度較高並且可以消除（chú）絲杠的反向間隙。
 
     2.3  電動刀架控製電路
 
    電動刀架的刀位檢測霍爾元件為輸出（chū）電（diàn）路為集電極開路輸出方式，不能與（yǔ）數控係（xì）統直接相連，需要在各刀位檢測電路輸出端添加集電（diàn）極上拉電阻。如圖2.2所示。
   

    
  
                  圖2.2刀架電路
       
    2.4驅動器與步進電（diàn）機的（de）連接線路（lù）
   
    驅動器與步進電機的連接電纜采用數控係（xì）統配置的專用動力電（diàn）纜。為保證步進電機的相序準確，必須按照係統說明書的要求（qiú）連接，否則步進電機不能正（zhèng）常（cháng）運轉。
 
     2.5係統接地電路
   
    接地包括係統電源接地和步進電機驅動係（xì）統接地（dì）。分別如圖2.3、2.4所示（shì）。

                   圖2.3 係統電源接地

                 圖2.4 步進電（diàn）機驅動係統接地
   
    良好合理的接地（dì）是係統可靠工作的重（chóng）要（yào）保證。為（wéi）提高係統抗幹擾能力各須接地（dì）的設備均通過10mm2的接地線直接與接地排相連，地線排再通過16mm2的接地線與電源係統（tǒng）的（de）地線相連接。這種接地方（fāng）法可以（yǐ）抑製各設備間的（de）共態（tài）幹擾。
 
     2.6機床參數設置及控製元件
   
     機床參數的設置應根據設計（jì）電路情況、802S係統的操作說明書以及C616機（jī）床的基本參數（shù）進行設置。針對C616普通（tōng）車床（chuáng）的改造共用到如下元件：802S數控係統（tǒng）含有主機操作麵（miàn）板驅動單元、步進電機（X軸9Nm，Z軸12Nm）；航（háng）空插件（jiàn）；繼電（diàn）器；空氣開關；接（jiē）觸器；起停按鈕；急（jí）停開關；小按鈕；三相吸收器；變（biàn）壓器（用於步進（jìn）驅動器電源和照明）；導線；電纜；風扇（用於強電櫃散熱/操作櫃散熱）；熱（rè）縮管；線號管；電源（yuán）指示燈；蜂鳴器；線槽和卡軌。
 
     結（jié）論（lùn）
 
     本文對C616普通（tōng）車床進行基於西門子802S數控係統的數控化改造，設計了其中（zhōng）主軸電路（lù）、刀架控製電路等部（bù）分。對完成改造後的機（jī）床進行安裝、調試，其性能滿（mǎn）足（zú）用（yòng）戶使用要求。