摘要：數（shù）控機（jī）床與傳統機床相比具有精（jīng）度高，效率高的特點。但目（mù）前國內小型企（qǐ）業仍以普通機床為主，製約了（le）小型企業的發展。未解決上述問題利用現代先進數控技術對舊的設備進行改（gǎi）造和提升，以最少的投入來滿足現代化加工的需求（qiú），成（chéng）為近幾年機（jī）床改造的發展方向。本文以（yǐ）C616普（pǔ）通車床的數控化改造為例，介紹以西門（mén）子802S為數控係（xì）統的電氣化改造方案。
 
     關鍵詞（cí）：西門子802S數控係統；控製電路
 
     1、 802S數控係統的基本功能與方案配置
 
     德國西門（mén）子公司生產（chǎn）的802S數控係統是一種專門針對（duì）中國市場開發的經（jīng）濟（jì）型機（jī）床數控係統。它采（cǎi）用32位的微處理器(AM486DE2)、集（jí）成PLC，分離式小尺寸（cùn）操作麵（miàn）板（bǎn）、液晶顯（xiǎn）示（shì）器和（hé）機床控製麵板。802S可以控製2～3個步進電機（jī）驅動的進給（gěi）軸和一個主軸。802S數控係統的基本功能如下：線性插補軸最多3軸(開環)；一個（gè）變頻器驅動的主軸，具有主（zhǔ）軸編（biān）碼（mǎ）器反饋接口；PLC模塊具有16個輸入點和16個輸出點，經擴展（zhǎn）可以達（dá）到64個輸入點和64個輸出點；支持中/英文轉換；螺距補償和間隙（xì）補償；具有RS232C串行接口，可以與計算機通信；具有（yǒu）故障報警信息顯（xiǎn）示和診（zhěn）斷數據顯示；支持車削循環和銑削循環；刀具補償功能；螺旋（xuán）插補功能；用戶程序存儲器256K；可以擴（kuò）展兩個電子手輪；通（tōng）過特定的（de）參數設置可以獲（huò）得示（shì）教功能。
 
      本文C616改（gǎi）造方案中的配置為：選用802S NC係統，含顯示和操作（zuò）麵板；根據X軸的進（jìn）給功率要求，通過計算，選擇9Nm的步進（jìn）電機；根據z軸的進給功率（lǜ）要求，通過計算，選（xuǎn）擇12Nm的步進電機；X軸和Z軸驅動器（qì），選用SETPDVEC型驅動器；主軸變頻器采用ATV-28HU90N4變頻器；主（zhǔ）軸編碼器采用1024線變頻器；采用lOOVA的係統電源隔（gé）離變壓器；係統電源采用24V/4.5A電源；主電機仍采用原來舊機（jī）床的電機（jī）。
 
      2、 控製電路設計
 
      2.1主軸電（diàn）路
 
     （1）802S數控係統的主軸速度模擬量控製電壓西門子802S數控係統的主軸速度模（mó）擬量控製電壓為：DC-10V～+10V。其中0～+10V為主軸（zhóu）正轉速度控（kòng）製(執行M3指令（lìng）)，0～-10V為（wéi）主軸（zhóu）反轉速度控製(執行M4指令)。而變頻器的速度控製電（diàn）壓為0～+10V，其正/ 反轉由變頻器的I/O端口輸入（rù）的狀態控製。如果直接把數控係統的速度控製模擬電壓（yā）輸出端直接與變頻器連接，將導致變頻器不能識別反轉控製電壓而不能實（shí）現反轉。電（diàn）路KAl、KA2用於控製（zhì）變頻器的正反轉，KA3用（yòng）於對速度（dù）控製電（diàn）壓的極性（xìng）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（qì）故障報警輸出
 
     變頻器的故障報警輸（shū）出作為係統的報警輸入，如果主（zhǔ）軸出現過流、短路、過熱等（děng）故障時均可及時停止係統的運行，並發出報警（jǐng）信號。
 
     2.2軸限位與參考點返回電路
 
    （1）軸的限（xiàn）位輸入端設置為負邏輯
 
     采用（yòng）負邏輯控製：使用限位行程開關的（de）常閉觸點，當限位開關沒有壓下時I/O點與24V接通，當限位開關被壓下I/O點與24V斷開，機床限位。這種（zhǒng）接法（fǎ）消除因線路開路而產生（shēng）限位失靈現象，提高了限位電路的（de）可靠性。限位輸入（rù）端采用負邏輯需對係（xì）統的相關參（cān）數進行修改。采用負邏輯輸（shū）入的方法，這樣有利（lì）於提高數控機床（chuáng）的可靠性和安全性。本次數控（kòng）改造使用的數控係統為西門子802S數控係統，實現負邏輯輸入要軟件、硬件兩（liǎng）方麵配合才能（néng）實現。
 
     a.硬件連接

                      圖2.1負（fù）邏輯輸入
     
     圖2.1所示的是負邏（luó）輯輸入的連接方法，信號輸入使用行程開關的常閉觸點。在正常情況下SQl是閉合的（de），該（gāi）輸入點的邏輯值為“1”，當SQl被壓下斷開時輸（shū）入點（diǎn）邏輯值（zhí）為“0”。這時要求通過數控係統的參數設置或修改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（wéi）有效狀態。如（rú）果從+24V端子到PLC的輸入點之問的（de）線路出（chū）現開路或接觸不良時，該點被認為（wéi）有效，機床會立即（jí）報警（jǐng），必須在電路連接良好的情況下機床才能（néng）正常運行。這（zhè）種方法排除了因限（xiàn）位電路開路而（ér）造成故障（zhàng）的可能性，機床的安全性得到提高。
 
     b.軟件設置
   
     負邏輯需要把邏輯“1”改為無（wú）效狀態（tài）而邏輯（jí）“0”為有效狀態，是通過在西門子SINUMERIK802S數控係（xì）統中改變參數（shù）實現的。
 
    （2）參考點返（fǎn）回采用雙開關方式
 
     用（yòng）行（háng）程開關做參考點返回減速（sù）開關，用接近（jìn）開關作為參考點檢測開關。在各軸返回參考點時，先高速運動到參考點返回減速開關，將其壓下後（hòu）反向慢速逼近參考點，到參考點檢測開關後（hòu）完成參考點返回。由於這種（zhǒng）方法使各軸在達到參考點前速度（dù）較低(可通過參數設（shè）定改變)，所以精度較高並且可以消除絲杠的反向間隙。
 
     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電路為集電極開路輸出方式，不能與數控係統直接相連，需要（yào）在各刀位檢測電路輸出端添加集電極上拉電阻。如圖2.2所示。
   

    
  
                  圖2.2刀（dāo）架電路
       
    2.4驅動器（qì）與步進電機的連接線路
   
    驅動器與步進電機的連接（jiē）電纜采用數控係統配置（zhì）的（de）專用（yòng）動力電纜。為保證步進（jìn）電機的相序準確，必須按照係統說明書的要求連接，否（fǒu）則步進電機不能正常運轉。
 
     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統接（jiē）地。分別如圖2.3、2.4所示。

                   圖（tú）2.3 係統電源接地

                 圖2.4 步進電機驅動係統接地
   
    良好合理的（de）接地（dì）是係統可靠工作的重要保證。為（wéi）提高係統抗幹擾能力各須接地的設備均通（tōng）過10mm2的接地（dì）線直（zhí）接與接地排相連，地線排再通過16mm2的接地線與電源係統的地線相連接。這種接地方法可以抑製各設備間的共態幹擾。
 
     2.6機床參數設置及控製元件
   
     機床參（cān）數的設置（zhì）應根據設計電路情況（kuàng）、802S係統的操作說明書以及C616機床的基本參數進行設置。針對（duì）C616普通車床的改造共用到如下元件：802S數控係（xì）統含有主機操作麵（miàn）板驅動單（dān）元、步進電機（jī）（X軸9Nm，Z軸12Nm）；航（háng）空插件；繼電器（qì）；空氣（qì）開關；接觸器；起停按鈕；急停開關；小按鈕（niǔ）；三相吸收器；變壓器（用於步進驅動器電源和照明）；導線；電纜；風扇（用於強電櫃散熱/操作櫃散熱）；熱縮管；線號管；電源指示燈；蜂（fēng）鳴器；線槽和卡軌。
 
     結（jié）論
 
     本文對C616普（pǔ）通（tōng）車床進行基於西門子802S數控係統的數（shù）控化改造，設計（jì）了其中主軸電路、刀（dāo）架控（kòng）製電路等部分。對完成改造後的機床進行安裝、調試，其性能滿足用戶（hù）使用要求。