摘要: 針對某公司（sī）MZ2015 自動磨床數控化改造的需求，選（xuǎn）用西（xī）門子828D 數控係（xì）統，伺服驅動係統采用與西門子828D 配（pèi）套的S120 伺服驅動單元及1FK7 交流伺（sì）服電動機，機床外圍（wéi）I /O 控製采用（yòng）西門子S7 －200PLC 模塊控製，編（biān）寫CNC 加工（gōng）程序，實現了數控係統的改造。

      關鍵詞: MZ2015 磨床（chuáng）; CNC 改造; 西門子828D

      MZ2015 自（zì）動（dòng）磨（mó）床是（shì）某廠軸承加工廣泛使用的設備，用於（yú）軸承套圈內（nèi）圓磨削，由於該機床的（de）早（zǎo）期電氣係統采用的是（shì）繼電器接觸器控製，電氣元件（jiàn）較（jiào）多，導致（zhì）可靠（kào）性差（chà），電氣故障頻繁。且機床（chuáng）使用時間較長，以致係統（tǒng）老化，工作不穩定，工件精度得不到保（bǎo）障，故采用西門子（zǐ）828D 數控係統對其進行係統改造，使其工作穩定，滿足使用要求。

      1、 方案設計（jì）

     針對MZ2015 磨床進行數控化改（gǎi）造的主要方案是: 磨床的機械部分和液壓係統基本保持不變，因MZ2015 磨床的電氣控製部分與數控機床電氣控製部分（fèn）不相同，在實行數控化改造時拆除所有原氣控製部分。選用西（xī）門子828D數控係統來（lái）代替機床原有的繼電器控製係統。主軸電動機采（cǎi）用三相交（jiāo）流電動機取代原來的（de）直流調速係統（tǒng），配以與之配套使用的台達VDF係列變頻器，可實現（xiàn）無級調速。伺服驅動係統采用與西門子（zǐ）828D 配套的S120 伺服驅動單元及1FK7 交流（liú）伺服電動機，由交流伺服（fú）電動機來控製拖板部分，由於伺服（fú）電動機內配（pèi）有編碼器，X 軸、Z 軸可構成半閉環控製，從而提高了控製（zhì）精度。機床外（wài）圍I /O 控製采用西門子S7 － 200PLC 模塊控製，並重新編寫（xiě）PLC 程序，取代原（yuán）有的繼電器接觸器控製。

      2、 係統設計

     MZ2015 自動磨床的功能是（shì）對同步器錐環內（nèi）錐麵進行磨削（xuē），主要有砂輪架（jià）的橫向往複運動、縱向移動共兩個伺服驅動模塊，西門子的新數控係統功能強大，售後有保障（zhàng），且能滿足用（yòng）戶（hù）自由地配備模塊的需求。又由於公司（sī）其它車（chē）間的機床多采用西門（mén）子數控（kòng）係統，在（zài）安裝調試方麵積累了比較豐富的經驗。故采用（yòng）西（xī）門子828D 數控係統來實（shí）施改造。係（xì）統硬件連接圖如圖1 所示。

   
     SIMMEＲIK 828D 數控係統是將CNC、PLC、HMI 和通訊任務集成於一個單一部件，由幾大部分組成: 驅動係統電源，伺服電動機控製，數控係統，輸入輸出模塊，控製麵板( MCP) ，機床（chuáng）側電氣接線端子（zǐ），手輪，編碼器。SINAMICS S120 作為西門子SINAMICS 驅動係列之一（yī），可以提供高性能的單軸和雙軸驅動（dòng），模塊化的（de）設計可以滿足應用中日益增（zēng）長的對驅動係統軸數量和性能的要求。SINAMIC S120 是集V/F 控製、矢量控製、伺服控製為一體的多軸驅動係統具有模塊化的設計。

    各模塊（kuài）間( 包括控製單元模塊、整流、回饋模塊、電動機模塊、傳感器模塊和電（diàn）動機編碼器) 通過高速驅動接口DＲIVE － CLIQ 相互連接。1FK7 電動機是永磁式同步電動機，與SINAMICS120 配套（tào）使用，分為“緊湊型”、“高動態（tài）型”和“高慣性型”等型號。該伺服電動機具（jù）有電子銘牌，係統可（kě）以自動識別所配置的驅動係統。具有更高的控製精度和動態特性，更高的可靠性。同時，這些自冷（lěng）卻式電動機的特點是具有優異的過載能力，結構堅固而緊湊。它們通過可旋轉的連接器與預組裝電（diàn）纜進行連接，可靈活、快速和安全地（dì）與變頻器相（xiàng）連。SINAMICS S120 驅動連接示（shì）意圖，如圖2 所（suǒ）示。

     SLM 沒有DＲIVE CLiQ 接口，由828D X100 接（jiē）口引出的驅動控製電纜DＲIVE CLIQ 連接到（dào）第一台（tái）電動機模塊的X200 接口，由電動機模塊的X201 連接到下一台相鄰（lín）的電動機模塊的X200，按此規律連接所有電動（dòng）機模塊。並且保證功率大的電動機模塊應與電源模塊相鄰放置。X202、X203 為電動機編碼器反饋信號。

     3 、程序設計

     改造後磨床為數控磨床，根據工件加工工藝流程編寫CNC 加工程序，經數控係統編碼譯（yì）碼後（hòu）再經各類驅動器有序（xù）地控製各軸和輔助裝置的（de）動作，完成對內錐麵（miàn）的磨削加工。磨床（chuáng）加（jiā）工流程圖如圖3 所示。

     主程序即為磨削（xuē）程序，工件在夾具的固定下，隨主軸電動機的旋轉（zhuǎn）做圓周進給運動。首先對內錐麵進行粗磨加工，粗磨加工完成後砂輪表麵的磨粒變鈍且有（yǒu）很多磨屑附著在（zài）上麵，不符合精磨加工要求的磨削精度和表麵（miàn）粗糙度。所以在粗磨加工完成後，對（duì）砂（shā）輪進行一次修（xiū）整，讓後一次進行精磨加工和光（guāng）磨加工。

     G04 程序（xù）中斷功能是828D 數控係（xì）統中專（zhuān）用通道（dào）機（jī）床信號，其功能是在AUTOMATIK 和MDA 運行方（fāng）式下，禁止下一個程序段傳送（sòng）到插補器中，其作用是使機床在執行某些輔助動作時，禁止NC( Numerical Contol)程序繼續執行，當輔助結束之後，才繼續執行下一個NC 程序段，合理使用禁（jìn）止讀入功能能夠極大地提高（gāo）機床的安全性（xìng）和降低功能部件因誤動作而造成的損傷。本程（chéng）序G04 指令用於完成對錐環內錐麵的光磨加工，消除由於進刀時產生的（de）彈性變形而導致的讓刀量，可較好地保證工件的（de）精度和直線度。

     4 、係統參數設置

     4． 1 總線配置

    SINUMEＲIK 828D 是通過現場總線profibus 對外設模塊( 如驅動器和（hé）輸入輸出模塊等) ，profibus 的配置是（shì）通過通用參數MD11240 來（lái）確定的。

     4． 2 驅動（dòng）器模塊定位

     數控係（xì）統（tǒng）與驅動（dòng）器之間通過總線連接，係統根（gēn）據下（xià）列參數與驅（qū）動器建立物理聯係。

     對於配置非調（diào）節電源模塊SLM 的係統，由（yóu）828D驅動接（jiē）口X100 連接到的第一台電動（dòng）機模塊的軸號為1，且（qiě）以此類推。

     4． 3 位置控製（zhì）使能
 

    係統出廠設定各軸均為仿真軸，係統（tǒng）既（jì）不產（chǎn）生指令輸出給驅動器，也不（bú）讀電動（dòng）機的位置信（xìn）號。按設（shè）定參數可激活（huó）該軸的位（wèi）置控製器，使（shǐ）坐標軸進入正常工作狀態。

     5 、結語

     針對（duì）普通（tōng）機（jī）床存在的效率低、設備陳舊、故障頻繁、精度差等問題，對普通機床進（jìn）行數控化改造是（shì）提高生產效率和自動化程度的重要手段。本課題（tí）提（tí）出了采用西門子828D 數控係統來改造同步器錐環磨床的方案，主要完成了MZ2015 磨床改造中的數控（kòng）裝置（zhì）、伺服（fú）驅動係（xì）統的選型與（yǔ）配置; 詳細地（dì）設計了係統的整體連接和各部分接口連接; 闡述了828D 數控係統常用參數，主軸相關參數，伺（sì）服相關參數的設定。最後，根據實際加（jiā）工需要設計了同（tóng）步器錐環的CNC 加工程序。改造後的磨床運轉可靠，達到了改（gǎi）造目標，產生了經濟效益。