摘要：數控機床與傳統機床相比具（jù）有精度高，效率高的（de）特點。但目前國內小型企業仍以普（pǔ）通機床為主，製約了小型企業的發展（zhǎn）。未解決上述問題利用現代先進數控技術對舊的設備（bèi）進行改造和提升，以最少的投入來滿足現代化加工的需求，成為近幾（jǐ）年機床改造的發展方向。本文以C616普通車（chē）床的數控化改造為例，介紹以西門子802S為（wéi）數控係統的（de）電氣化改造方案。
 
     關（guān）鍵詞：西門子（zǐ）802S數控係統；控製電（diàn）路
 
     1、 802S數控係統（tǒng）的基本功能與方案（àn）配置
 
     德（dé）國西門子公（gōng）司生產的802S數控係（xì）統是一種（zhǒng）專門針對中國市（shì）場（chǎng）開發的經濟型機床數控係統。它采用32位的微處理器(AM486DE2)、集成PLC，分離式小尺寸操（cāo）作麵板、液晶顯示器和（hé）機床控製麵板（bǎn）。802S可以控製2～3個步進電機驅動的進給軸和一個主軸。802S數控係統（tǒng）的基（jī）本功能（néng）如下：線性插補軸最多3軸(開環)；一個變頻器驅動的主軸，具有主軸編碼（mǎ）器反饋接（jiē）口；PLC模塊具有16個輸入點和16個輸出（chū）點，經擴展（zhǎn）可以達到64個輸入點和64個輸出點；支持中/英文轉換；螺距補償（cháng）和間隙補償；具有RS232C串行接口（kǒu），可以與計算機通信；具（jù）有故障報警（jǐng）信息顯示和診（zhěn）斷數據顯示；支持車削循環和銑削循環；刀具（jù）補償功能；螺旋插補（bǔ）功能；用戶程序存（cún）儲器（qì）256K；可以擴展兩個電子手輪；通（tōng）過特定的參數設置可以獲（huò）得示教功能（néng）。
 
      本文C616改造方案中的（de）配置為：選用802S NC係（xì）統，含顯示和操作麵板；根據X軸的進給（gěi）功率要求，通（tōng）過計算，選擇（zé）9Nm的步進電機；根據z軸的進給功率要求，通過計算，選擇（zé）12Nm的步進電機；X軸和Z軸驅（qū）動（dòng）器，選用SETPDVEC型驅動器；主（zhǔ）軸變（biàn）頻器采用ATV-28HU90N4變頻器（qì）；主軸（zhóu）編碼器（qì）采用1024線變頻器；采用lOOVA的係統電源隔離（lí）變壓器；係統電源（yuán）采用24V/4.5A電源（yuán）；主電機仍采用原來舊機床的電機。
 
      2、 控製電路設計
 
      2.1主軸電路
 
     （1）802S數控係（xì）統的主軸速度模擬量（liàng）控製電壓西門子802S數控（kòng）係統的主軸速度模擬量控製電壓為：DC-10V～+10V。其（qí）中0～+10V為主軸正轉（zhuǎn）速度（dù）控製（zhì）(執行M3指令)，0～-10V為主軸反轉速（sù）度控製(執行M4指（zhǐ）令)。而變頻器的速度（dù）控製電壓（yā）為0～+10V，其正（zhèng）/ 反轉由變頻器的I/O端口輸入的狀態控製。如果直接把數控係統的（de）速度控製模擬電壓輸（shū）出端直（zhí）接與變頻器連接，將導致變（biàn）頻器不能識別反轉控（kòng）製電壓而不能實現反轉。電路KAl、KA2用（yòng）於控製變頻器的正反轉，KA3用於對速度控製電壓的極性進行轉換，保證變頻器的速度控製（zhì）電壓在反轉時也為0-+10V。
 
     （2）變頻器故障報警輸出
 
     變頻器（qì）的故障報警輸出作為係統的報警輸入，如果主軸出現過流、短路（lù）、過熱等故障時均可及時停止係統（tǒng）的運行（háng），並發出報（bào）警信號。
 
     2.2軸限位與參考點（diǎn）返回電路
 
    （1）軸（zhóu）的（de）限（xiàn）位輸入（rù）端（duān）設置為負邏輯
 
     采用負邏輯控製：使（shǐ）用限位行程開（kāi）關的常（cháng）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。這種接法消除因線路開路而產生限位失靈現象，提高了限位電路的可靠性。限位輸入端采用負邏輯需對係（xì）統的相關參數進行修改（gǎi）。采用負邏輯輸入的（de）方法，這樣有（yǒu）利於提高數控機床的可靠性（xìng）和安全性。本次數控改（gǎi）造使用的數（shù）控（kòng）係統為西（xī）門子802S數控（kòng）係統，實現負邏（luó）輯輸入要軟（ruǎn）件、硬件兩方麵配合才能實現。
 
     a.硬件連接（jiē）

                      圖2.1負邏輯輸入
     
     圖2.1所示的是負邏輯輸入的連接方（fāng）法，信號輸入使用行程開關的（de）常閉觸點。在正常（cháng）情況下SQl是閉合的，該輸入點（diǎn）的邏輯值（zhí）為“1”，當SQl被壓下斷開時輸（shū）入點邏輯值（zhí）為“0”。這時（shí）要求通過數（shù）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（wú）效狀態，而邏輯值“0”設定為有效狀態（tài）。如果從+24V端子到PLC的（de）輸入點之問的線路出現開路或（huò）接觸不（bú）良時，該點被認為有效，機床會立即（jí）報警，必須在電路連接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（kāi）路而造成故障的可能性，機床的安全性得到提高。
 
     b.軟件（jiàn）設置
   
     負邏輯需要把邏輯“1”改為無效狀（zhuàng）態而邏輯“0”為有效狀態，是（shì）通過在西門子（zǐ）SINUMERIK802S數控係統中改變參數實現的。
 
    （2）參考點返回采用雙開（kāi）關方式（shì）
 
     用（yòng）行程開（kāi）關做（zuò）參（cān）考點返回減速開關，用接近開（kāi）關作為參考點檢測開關（guān）。在各軸返回參考點時，先高速運動到（dào）參考點返回（huí）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完成參考點返回。由（yóu）於這種（zhǒng）方法使各軸在達到參考點前速度較低(可通過參（cān）數設定改變)，所以（yǐ）精度較高並且可以消除絲杠的（de）反向間（jiān）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（lù）為集電極開路輸出方式，不能與數控係統（tǒng）直接相連，需要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刀架電路
       
    2.4驅動器與步進電機的連接線路
   
    驅動器與（yǔ）步（bù）進電（diàn）機（jī）的（de）連（lián）接電纜采用數控係統配置的專用動力電纜。為保證步進電機的相序準確（què），必須按照係統說明書的要求連接，否則步進電機不能正常運（yùn）轉。
 
     2.5係統接地電路
   
    接地包括係統電（diàn）源接（jiē）地和步進電機驅動係統接地（dì）。分別如圖2.3、2.4所（suǒ）示。

                   圖2.3 係統電源接地

                 圖2.4 步進電機驅（qū）動係統接地
   
    良好合理的接地是係統可（kě）靠工作（zuò）的重要保證。為提（tí）高係統抗（kàng）幹擾能力各須接（jiē）地的設備均通過10mm2的接地線直接與接地排相（xiàng）連，地線排再通過16mm2的（de）接地線與（yǔ）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（zhì）及（jí）控製元（yuán）件
   
     機床參數（shù）的設置應（yīng）根據（jù）設計（jì）電路情況、802S係統的操作（zuò）說明書以及C616機床的基本參數進行設置。針對C616普通車床的改造共用（yòng）到如下元（yuán）件：802S數（shù）控係統含有主機操作麵板驅動單元、步進電機（X軸9Nm，Z軸（zhóu）12Nm）；航（háng）空插件（jiàn）；繼電器（qì）；空氣開關；接觸器；起停按鈕；急停開關（guān）；小按鈕；三相吸收（shōu）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（sàn）熱）；熱縮管；線號管；電源指示燈；蜂鳴（míng）器；線槽和卡軌。
 
     結論
 
     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（huà）改造，設計了（le）其中主（zhǔ）軸電路、刀架控製電路等部分。對完成改造（zào）後的機床進行安裝、調試，其性能滿足用戶使用要求。