XK2860型橋式數控動梁龍門鏜（táng）銑床電氣設計-數控機（jī）床市場網

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XK2860型橋（qiáo）式數控動梁龍門鏜銑床（chuáng）電氣設（shè）計

2017-5-10 來源：齊齊哈爾二機床（集團）有限責任公司作者：張會龍

摘要：本（běn）文所研究（jiū）的數控機床是針對市場需求研（yán）製出來的具有自主知識產權的高端產品，根（gēn）據機床的實際應用確定數（shù）控係統及相關硬件（jiàn）並進行總（zǒng）體控製係統設計工作。

關（guān）鍵詞：龍門鏜（táng）銑床；數控係統（tǒng）；840D

1.機床研究的背景及意義

數控機（jī）床是一種集精（jīng）密機械、計算機技術（shù）、自動控製技術於一體的典型機電液一（yī）體化設備，是（shì）機械製（zhì）造業（yè）的重要組（zǔ）成（chéng）部分。重型（xíng）數控動梁龍門鏜銑床能進行多任務加工，並（bìng）能使工件獲得很好的加工精度和表麵質（zhì）量，可廣泛用於國防、軍工、發電設備、航空航天、能源交通、模具製造等（děng）行業的大（dà）型精密零件（jiàn）加工。國外生產數（shù）控龍門銑床的企業主要有德國希斯(SCHIESS)、德國（guó）科堡(WALDRICH COBURG)、日本本（běn）間(HOMMA)等公司，這些國外（wài）公司（sī）一直對技術進行壟斷，我國的（de）高端（duān）數控動（dòng）梁龍門鏜銑床隻能依賴（lài）進口。研製（zhì）高端橋式數控動梁龍門鏜銑床，既可以滿足國內高速經濟發展的需求，替代進口，打破國（guó）外（wài）的（de）技術封鎖（suǒ），實現在“高、精、尖（jiān）”重大數控裝備上的突破，又可以提高製造業基礎裝備的能力（lì），提升國（guó）家裝備業（yè）的核心競爭力，為國家的軍事、航（háng）天、航空等諸多領域提供裝備保障。

2. XK2860型橋式數控動梁龍門鏜銑床介紹

本文（wén）研製的XK2860型（xíng）橋式數控動梁龍門鏜銑床是在多（duō）年生產數控升降台銑床、數控落地銑鏜床及（jí）數控動梁龍門鏜銑床的基礎上，充分把（bǎ）握當今數控機床的（de）發展趨勢和利用現代機（jī）床製造業的新技術、新工藝，自主研製的具有（yǒu）自主知識產權的一種新產品，具有高（gāo）性能、高（gāo）精度、高（gāo）效（xiào）率、高可靠性的特點，該重型機床廣泛采用當今世界最先進的技術（shù），達到（dào）國際先進水平。它的研製成功（gōng），對提升國家裝備業的核心競爭力，具有重要的意義，同（tóng）時滿足了市場需求，全力實現了企業的（de）技術（shù）升級，取代（dài）了進口，為民族工業的發展做出（chū）了應有的貢獻。機（jī）床的主要組成部分圖1所示（shì）。

XK2860型（xíng）橋式數控動梁龍門鏜銑床采用橋（qiáo）式布局。機床由左右床身、左右滑座、落地平台、龍門架、副龍門架、橫梁、聯接梁、溜板箱、主軸箱、方滑枕（zhěn）、附件、附件交換車（chē）、靜壓站、液壓站、冷（lěng）卻（què）器、排屑器、電氣操作間、按鈕站及電氣櫃等主要部分組成。

圖1 數控動梁龍門鏜銑床的主要組成部（bù）分

3. 數控係統的選型

3.1數控係統選型原則

數控（kòng）係統的選型（xíng）關係（xì）到機床的（de）整體（tǐ）性能，要求在（zài）充分了解機床的結（jié）構（gòu）、功能的基礎上與機床性能相匹配，要求數控係統（tǒng）既（jì）要有優良的控製特性、較高的（de）抗（kàng）幹擾（rǎo）性能、平穩（wěn）的加減速特性等性能（néng），又要有良好的人機接口、便於（yú）開發、更改參數方便快捷的優點，因此在選取（qǔ）數控（kòng）係統時（shí）需要對數控（kòng）係統進行綜合評價，一般遵循以下幾個基本原則（zé）：

(1) 數（shù）控（kòng）係統（tǒng）的功能一定要合適，這（zhè）是基本原則，具有擴展功能可進行選擇；

(2) 要求數控係統具有優良（liáng）的控製特性、較高的抗幹擾性能、故障率低（dī），同時還要求數控（kòng）係統具有較長的使用壽命，對工廠的空氣濕度、粉塵等要求不能太高；

(3) 數控（kòng）係統要具有平穩的加減速（sù）特性，使（shǐ）機（jī）械震動較小，在高速高精度加（jiā）工時，定位誤差小（xiǎo）；

(4) 產品要有（yǒu）良好的人機接口，便於開發和修改程序，方便調試；

(5) 優先選擇能夠成套提供伺服驅動器和（hé）主軸驅動器的廠家，有利於維修和管理，兼容性好；

(6) 性能（néng）價格比（bǐ）要高，維護方（fāng）便，係（xì）統的市（shì）場壽命要長（zhǎng），否則幾年後將找不到維護備件（jiàn）；

(7) 盡量選用著名公司的產品，因為（wéi）著名公司的維修和售後（hòu）服務較好，信譽高；

(8) 因（yīn）操作（zuò）人員是機床的（de）最終使用者，因此（cǐ）要求數（shù）控係統對用戶來講要操作容易、可靠性高（gāo）、通用性（xìng）強。

綜合以上原則（zé），最（zuì）後決定采用（yòng）西門子SINUMERIK 840D數控係統。

3.2 840D數控係統介紹

SINUMERIK 840D數控係統是西門子公司在20世紀90年代推出的一款高性能數控係統。它具有與西門子前兩代係（xì）統SINUMERIK 880和（hé）840C一樣的三個CPU結構（gòu）：即人機通（tōng）信CPU、數字控製CPU和可編程邏輯控製器CPU，三個CPU在功能上既相互獨立，又相互聯係。SINUMERIK 840D是建立在一個綜合的係統平台上，通過（guò）不同的係統設定功能從而能夠而適用於幾乎所有的控製係統。SINUMERIK 840D與SIMODRIVE 611D數字驅（qū）動係統和（hé）SIMATIC S7可編程控製器一起構成了一個全數字控製係統，用於各種（zhǒng）複雜零件的加工任務。同（tóng）時SINUMERIK 840D具有很高的開放性，機床製造廠商可以（yǐ）在此數控係統中集成公司特有的專業技術和工藝，突（tū）出與其他機床製造廠（chǎng）商的區別。

3.3 SINUMERIK 840D硬件組成

西門（mén）子SINUMERIK 840D數控係統的結構框圖（tú）如圖2所示。

圖2 840D數控（kòng）係統的硬件結構框圖

3.4確定SINUMERIK 840D數控係統硬件型號

目前SINUMERIK 840D的NCU最新版本為NCU573.5，根據數控（kòng）係統選型基本原則的第2條故（gù）選擇NCU573.5。

根據（jù）數控係統（tǒng）選型基本原則的第8條（tiáo）選擇PCU50、OP015A、MCP 483C、B-MPI手持單元（yuán），具體型號如下：

PCU50：6FC5210-0DF31-2AA0

OP015A：6FC5203-0AF05-0AB0

MCP483C：6FC5203-0AF22-0AA2

B-MPI：6FX2007-1AC04

電機的選擇（zé）需要與（yǔ）各軸的最高轉速、扭矩和負載慣量相匹配，根據機械設計提供的（de）負載數據，利用（yòng）如下公式確定電機的基本參數：

根據以上公式選取電機型號如下：

主（zhǔ）軸電機：1PH7224-2NF13-0CJ2，最高轉速（sù）為4500rpm，額定扭矩為636NM，慣量為650 Kg m2。

滑座電機：1FT6136-6AB71-4AK1，額定轉速為1500rpm，額定扭矩為62NM，額定功率為9.7KW。

溜板箱電機：1FT6136-8AB71-4AL1，額定轉速為1500rpm，額定扭矩為61NM，額定功率為9.6KW。

滑枕電機：1FT6136-8AB71-4AB1，額定轉速（sù）為1500rpm，額定扭（niǔ）矩為61NM，額定功（gōng）率為9.6KW。

橫（héng）梁（liáng）電機：1FT6132-6SF71-4AL1，額定轉速為3000rpm，額定扭矩為90NM，額定功率為22KW。

根據電機功率的大小選取與電機功率對（duì）應的驅動模塊。電源模塊的大小是由機（jī）床各軸負載大小（xiǎo）決定的，電源模塊的功率需要大於主軸電機和進給電機功率總和，並且留有一定的裕量，這樣才可以防止電源模（mó）塊因功率過小而損壞。

電機驅動模塊的型號如（rú）下：

主軸電機驅動模塊（kuài）：6SN1123-1AA00-0KA1，額定電流200A。

滑座電機驅動模塊：6SN1123-1AA00-0DA1，額定電流28A。

溜板箱（xiāng）電機驅（qū）動模塊：6SN1123-1AA00-0DA1，額定電流28A。

滑枕電機驅動模塊：6SN1123-1AA00-0DA1，額定電流28A。

橫梁電機驅動模塊：6SN1123-1AA00-0KA1，額定電流140A。

數字接口控製單元：6SN1118-0DM33-0AA1

根據各軸驅動模塊的功率大小選取電源模塊及（jí）濾波組件的型（xíng）號如下：

120KW I/RF電源模塊：6SN1145-1BB00-0FA1

80KW I/RF電源模塊：6SN1145-1BB00-0EA1

120KW HF輸入濾（lǜ）波器組件：6SL3000-0FE31-2BA0

80KW HF輸（shū）入濾波器組件：6SL3000-0FE28-0BA0

電源模塊風機：6SN1162-0BA02-0AA1

根據實際應用選取PLC型號如下：

IM361接口模塊：6ES7361-3CA01-0AA0

SM321數字量（liàng）輸入模塊（kuài）：6ES7321-1BL00-0AA0

SM322數字量輸出模塊：6ES7322-1BL00-0AA0

SM322晶閘（zhá）管（guǎn）輸出模塊（kuài）：6ES7322-1FL00-0AA0

SM332模擬量輸（shū）出模塊：6ES7332-5HB01-0AB0

4.控製係統總體設計

4.1控製係統設計

即使數控係統的各項指標與機床（chuáng）各項數據相匹配，但控製係統設計的優劣同（tóng）樣關係到機床最終的性能，因此機床在控製係統（tǒng）設計上首先要確定總體的控（kòng）製方案，然後再對各基本模塊進行設計工作。控（kòng）製係（xì）統主要包括（kuò）NCU單元、電源模塊、伺（sì）服驅動模（mó）塊（kuài）、伺服電機、位置檢測元件、PLC模塊等部件。控製係統硬（yìng）件連接原理圖（tú）如圖3所示。

圖3 控製係統硬件連接原理圖

根據以上設計思路最終確定（dìng）電源模塊、驅動模塊、PLC模塊的控製原理圖，見圖4、圖5和圖6。

圖4 電源模塊控製（zhì）原理圖

圖5 驅（qū）動模塊原理圖

圖6 PLC模塊連接圖

4.2控（kòng）製係（xì）統（tǒng）屏蔽設計

為防止有用信號以外的噪聲對係統產生影響，特對控製係（xì）統做了屏蔽處理。主要方法如下：

(1) 用合理線徑的（de）導線電（diàn）櫃裏強電（diàn）和弱電的地線端連結到地（dì）線匯（huì）總排上；

(2) 控製係統的強電端要接地，弱電部分的（de）零也與地（dì）線相連；

(3) 采用金屬網將控製係統外殼連接（jiē）到接地母排上，係（xì）統的接地電阻（zǔ）阻值不大於0.01 歐；

(4) 動力電纜和控製（zhì）電（diàn）纜采用帶（dài）屏蔽的電纜，用夾子將電機電纜和控製電纜的屏蔽層固定到安裝（zhuāng）板（bǎn）上；

(5) 避免動力電纜與其它電纜長距離平行走線，控製電纜和動力電纜按90°角交（jiāo）叉。

5.結論：

本文根據機床的實（shí）際情況對數控係統、伺服驅動、PLC模塊等進行了選型，對整套機床電氣控製係統進行了原理設計以（yǐ）及硬件連接等工作。同時對西門子840D數控（kòng）係統有了更深入（rù）的了解，西門子840D數控係統可進行模塊化設計工作，根（gēn）據樣本（běn）就可以對伺服電機（jī）、伺服驅動器及其輔件進行選（xuǎn）型和設計工作，大大節約了設計時間。

XK2852型橋式（shì）數控動梁龍門鏜銑床研製成（chéng）功滿足了國內經濟高速發展（zhǎn）的需求，打破了國外對我國高端產品的技術封鎖，實（shí）現（xiàn）在“高、精、尖”重大數控裝（zhuāng）備上的突破，為國家（jiā）的軍事、航天航空等諸多領域提供了裝（zhuāng）備保障。

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