数控系统论文：基于西门子840Di系统的数控镗铣床改造与应用

数控系统论文：基于西门子840Di系统的数控镗铣床改造与
应用
摘要：本文介绍了数控镗铣床技术改造中采用西门子840di数控系统和交流伺服驱动系统闭环控制两大系统后在其基本应用的过程中，重点阐述了改造前后的可行性分析、系统的选型设计以及过程中进行安装调试的详细程序和实现的途径。

该数控机床在技术改造与应用上能够取得成功其旨在基于plc控制软件的编程调试和机床参数的匹配调整技术的成熟。

关键词：数控系统伺服系统闭环控制
西门子数控整套系列中的高端产品——数控镗铣床西门子840di数控系统,建于开放式系统之上,具有非常强硬的网络功效和技能。

现代式数控系统的功能虽然堪称强大,但其在运行过程中由于程序较为繁琐,偶尔也会出现很多不同的问题,再加上使用厂家的维护及修理能力的高低不均,通常仅一些技术上或运行上的小问题就需要原产厂家花较长时间和较高费用进行维修；但新型式数控系列产品——西门子840di即可通过其强大的远程诊断的网络功能解决以上使用厂家通常认为很烦恼的问题。

1 机床改造的可行性分析和选型设计
该机床在性能价格上的较优选型与配置方案一方面基
于它在结构、性能、运行状态、现有加工精度以及特殊功能等上的要求，另一方面基于结合电缆长度、电机扭矩及额定转速、主轴功率、系统安装时占据的空间等，综合上述整套细节提出的。

此项目将西门子sinumerik 840di数控系统、s7—300可编程控制器、3套611 a交流驱动的伺服驱动系统、1ft5交流伺服电机配置起来的同时结合位置检测元件共同构成了全闭环控制系统。

卧式镗铣床在技术和运作上改进后有1个主轴和5个进给轴，同时生成了全新的pi c逻辑控制程序，实现了机床的三轴一体化互动，在此基础上也可进行三维的立体加工。

其主轴采用了调速系统中非常先进的英国欧陆590全数字直流调速系统，工作台b轴在附加圆光栅编码器之后由原先单纯的电器控制元件变成了数控轴，重新配制了电气控制柜。

1.1 西门子840di数控系统简介
2001年，西门子公司研发了适合于在不同空间、不同控制领域里满足各种需求的数控系统——sinumerik 840di数控系统。

84odi适宜于大多数机床的数控系统技术改造，发展潜力和应用前景十分深远。

84odi不仅具备高度的软、硬件开放性能，同时还具备以下各项显著的特点：①pcu50处理器上同时运行着cnc控制功能与hmi功能；②840di在配备适用于伺服驱动及i/o的profibus—dp现场总线，
windows nt运作系统、opc(用于过程控制的ole)应用接口和cnc控制软件的同时，还配有很多标准化的工业pc机接口；③具有清晰的中英文相互转换的运行界面，有异常强悍的自诊断功效和能力；同时用户可以使用840di的高级语言编程特色的用户友好编程界面，熟练的借以visual basic 等开发工具通过添加运行功能键任其自由的开发菜单和基本操作界面，设制富有个人爱好和特色的输入方式，从而达到工艺的加工要求。

1.2 西门子s7—300 pic逻辑控制器
profibus现场总线与pcu的连接成功的应用于卧式镗铣床pi c控制程序的开发本机床上，该开发本机床不仅通过profibus总线pic扩展单元et2oo和adi4与主机pcu50相互间进行信息替换，而且通过profibus—dp以实现i／0与驱动参数的整合与优化。

①s7—300的et200和adi4的硬件配置通过pcu50进行软件组织状态的定位，adi4一方面给出10v的模拟指令电压，一方面接收编码器或光栅尺通过修正放大后的tti信息。

②pic的编程过程可按以下5个步骤进行：a机床的电气控制原理的理论分析和结构特点的研究；b 掌握和透彻原机床液压控制功能；c对plc程序进行整合，建立新的构造框架图；d对软件和硬件接口控制程序进行编制，建立新的控制程序；e采用新替旧原则，对功能块程序
进行重新编制。

2 611 a交流驱动系统
611a交流驱动系统成熟的应用于卧式镗铣床伺服系统的机床进给轴上，伺服驱动系统以及位置控制系统的性能在很大程度上都影响着卧式镗铣床伺服系统数控机床的性能，例如机床的定位精度、跟踪精度、重复定位精度以及最高运行速度等各项决定性指标都赖于伺服驱动系统和位置控制系统的动态及静态特征。

位置反馈检测元件用于位置闭环控制系统，它旨在反馈控制原理工作，方便反馈信号与输人的指令作比较，使其相互间产生误差值，进一步凭借此误差值对伺服机构运转进行控制。

机床运动部件的坐标位置能够快捷而准确地追随指令运动是基于位置控制可准确无误地对其进行控制。

动态转矩可由以下方程得出：大功率晶体管作主回路驱动元件在西门子交流伺服系统上的应用要比原直流伺服系统可控硅的动态响应时间要快一节，我们可以看出，这些对轴定位精度都有不可估量的益处。

3 西门子840di数控系统的启动和调试
3.1 pcu50的hmi系统
软件的启动→pr0fibus—dp现场总线参数的配置→数控系统的启动→机床的参数设定界面的进入→“general”窗口的进入→“定义各轴名称”的参数(各轴的名称不可重
复)的设置→“channei specific”窗口的进入（此处参数有4种：①把几何轴进行分配使其到达指定通道；②命名几何轴；③设定某个机床轴通有效；④编制程序时所启用的轴。

）→“drive config”窗口的进入（在这里匹配驱动）→进入“machine data”，接着设置每一个轴(同样也包括主轴)的详细参数，例如最高速度、转速极限、定位误差等。

上述过程即为数控系统启动时的详细程序。

3.2 数控系统
按照卧式镗铣床的数控与电气设计图纸进行调节和试验，同时完成数控系统的硬件连接，并通过profibus—dp
现场总线和sinumerik 840di数控系统将安装有simatic
s7—300编程软件的计算机连接起来，接着对系统采用通电的方式进行调试。

数控系统将收集各种机床数据、pi c机床支配程序、报警文本等的信息，机床控制面板的运作、急停控制、进给伺服和主轴上电的前后以及使能控制等都为操作机床的最基本的功能。

根据不同的功能及调试的具体情况设置每一个轴的详细参数时，可对几千个数控系统的参数进行修正。

脉冲当量在位置控制中匹配参数检测为1 m，设置前馈控制功能等，差补循环期定为2 ms。

在不振荡的前提下，减小跟随误差以提高定位精度的方法是尽可能的增大位置
环和速度环的比例增益系数，以及增加伺服系统的刚度。

4 总结
实践证明，改造后的卧式镗铣床在一段时间内的运行过程中，卧式镗铣床数控所采用的sinumerik 840di数控系统在实际工作中所产生的效益是显而易见的，特别是用数控分度功能的数控转台替代普通转台的改转型，改造后的卧式镗铣床由1个主轴和5个进给轴联合组成，思想新颖，技术脱俗，顺利的达到了改造之前的预期目标。

工厂在卧式镗铣床技术改造成功的基础上，赢得了前所未有的经济效益。

参考文献：
[1]黄敏高.pr0fibus总线在西门子840di数控系统中的应用[j].金属加工：冷加工，2008(19)：24—25．。