西门子系统在数控磨床改造上的应用

第２６卷　Ｖ０１．２６　第９期　Ｎｏ．９　重庆理工大学学报（自然科学）　

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ）　２０１２年９月　

Ｓｅｐ．２０１２　

西门子系统在数控磨床改造上的应用　杜柳青，吴泽钊，佘骋南　（重庆理工大学重庆汽车学院，重庆４０００５４）　摘　要：针对Ｍ２０６０成型磨床的结构特点，提出了磨床的总体改造方案和硬件构成，搭建　了硬件平台。介绍了西门子８４０Ｄ系统参数设置和驱动配置的方法。结合成型磨床加工的工艺　流程特点，阐述了如何运用ＮＣ高级指令编写磨床加工程序和解决坐标零点自动校正问题，分　析了西门子ｓ７—３００　ＰＬＣ的工作原理及并介绍了其应用情况。改造后的磨床运转可靠，达到了　改造目标，产生了经济效益。　关键词：磨床；数控系统；西门子８４０Ｄ　中图分类号：ＴＧ６５９　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７４—８４２５（２０１２）０９—００４６—０５　

Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｉｅｍｅｎｓ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｒｅｆｏｒｍｉｎｇ　ｏｎ　ＮＣ　Ｇｒｉｎｄｅｒ　ＤＵ　Ｌｉｕ—ｑｉｎｇ，ＷＵ　Ｚｅ—ｚｈａｏ，ＳＨＥ　Ｃｈｅｎｇ—ｎａｎ　（Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　４０００５４，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｆｅａｔｕｒｅｓ　ｏｆ　Ｍ２０６０　ｆｏｒｍｉｎｇ　ｇｒｉｎｄｅｒ，ｔｈｅ　ｏｖｅｒａｌｌ　ｒｅｆｏｒｍ　ｐｌａｎ　ａｎｄ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｗｅｒｅ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｔｏ　ｓｅｔ　ｕｐ　ｔｈｅ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ｐｌａｔｆｏｒｍ．Ｓｉｅｍｅｎｓ　８４０Ｄ　ｓｙｓｔｅｍ　ｐａ—　ｒａｍｅｔｅｒ　ｓｅｔｔｉｎｇ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｄｒｉｖｅ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ｗｅｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒ　ｏｆ　ｆｏｒｍｉｎｇ　ｇｒｉｎｄｅｒ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｕｓｉｎｇ　ＮＣ　ｓｅｎｉｏｒ　ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ　ｔｏ　ｐｒｏｇｒａｍ　ａｎｄ　ｓｏｌｖｉｎｇ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｗｉｔｈ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ　ｚｅｒｏ　ｗａｓ　ｅｘｐｏｕｎｄｅｄ，ａｎｄ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｉｅ—　ｍｅｎｓ　ｓ７—３００　ＰＬＣ　ｗｅｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｉｔ　ｏｐｅｒ￣ｅｄ　ｒｅｌｉａｂｌｙ　ａｎｄ　ａｃｈｉｅｖｅｄ　ｔｈｅ　ｇｏａｌ　ｏｆ　ｒｅｆｏｒｍ　ａｆｔｅｒ　ｒｅｆｏｒｍ．Ｉｔ　ｍａｄｅ　ｇｒｅａｔ　ｅｃｏｎｏｍｉｃ　ｂｅｎｅｆｉｔｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｇｒｉｎｄｅｒ；ＮＣ　ｓｙｓｔｅｍ；Ｓｉｅｍｅｎｓ　８４０Ｄ　

Ｍ２０６０成型磨床是Ｅｔ本ＴＯＹＯＤＡ公司２０世　纪９０年代的高精度设备，主要用于摩托车曲轴的　加工。近些年由于磨床运行时加工误差大、故障　多，已不能进行正常的使用。磨床改造要求达到　出厂时的全部功能，可以保留部分元件，减少改造　成本。为了保证磨床的可靠运转和加工精度，采　用西门子ＳＩＮＵＭＥＲＩＫ８４０Ｄ系统、６１１　Ｄ驱动单元、　１ＦＴ６电机和ＰＬＣ　Ｓ７—３００成功地进行了改造。　

收稿日期：２０１２—０５—２８　基金项目：横向课题ＧＬ　５Ａ平面磨床数控改造（２０１１ＱＫ１３）　作者简介：杜柳青（１９７５一），女。重庆人，硕士，副教授，主要从事机电控制技术研究。　杜柳青，等：西门子系统在数控磨床改造上的应用　４７　１　磨床组成　１．１总体改造方案　Ｍ２０６０磨床用于加工发动机曲轴，由床身、砂　轮架、头尾架、滑台、ＭＡＲＰＯＳＳ测量仪、液压系统、　切削液循环系统等组成，具有砂轮进给　轴和工　件运动ｚ轴两轴联动功能。头架Ｃ轴采用速度控　制方式，由三菱电机驱动。　轴和ｚ轴采用位置　控制方式，由西门子伺服电机驱动，采用编码器作　为反馈元件形成半闭环控制。砂轮主轴采用交流　变频控制，由三相异步电机驱动　］。工件测量　由马波斯Ｅ９来实现，根据Ｅ９的速度到达信号检　测主砂轮的转速。　１．２系统硬件构成　ＳＩＮＵＭＥＲＩＫ８４０Ｄ系统通过ＰＲＯＦＩＢＵＳ传送　输入输出信号，位置调节也通过ＰＲＯＦＩＢＵＳ完成。　ＳＩＮＵＭＥＲＩＫ８４０Ｄ是由数控单元ＮＣＵ、人机通　信单元ＭＭＣ、可编程逻辑控制器ＰＬＣ三部分组　成。ＮＣＵ驱动采用ＳＩＭＯＤＲＩＶＥ６１１Ｄ，它包括电源　模块和驱动模块（功率模块）２部分。ＭＭＣ包括　操作面板ＯＰ单元、ＭＭＣ、机床控制面板ＭＣＰ三部　分。ＰＬＣ模块包括电源模块Ｐｓ、接口模块ＩＭ和信　号模块ＳＭ，它们从左到右并排安装在一个西门子　导轨上。系统配置　如图１所示。　１）系统采用ＳＩＮＵＭＥＲＩＫ　８４０Ｄ　ＮＣＵ５７３．５，　６ＦＣ５３５７－０ＢＢ３５－０ＡＡ１。　２）面板控制单元ＰＣＵ２０，６ＦＣ５２１０－ＯＤＦ００－０ＡＡ２。　３）操作员面板ＯＦ０１０，６ＦＣ５２０３－０ＡＦ００－０ＡＡ０。　４）机床控制面板ＭＣＰ　４８３，６￣５２０３－０ＡＦ２７－０ＡＡ１。　５）驱动采用６１１Ｄ，６ＳＮ１１２３－１ＡＢ００－０ＢＡ２。　６）电机配置：　砂轮进给　轴电机　１ＦＨ６０８４—１ＡＦ７２－４ＡＧ１　９．５　Ｎ·ｍ，２　０００　ｒ／ｍｉｎ，内　置增量值编码器　

工件运动ｚ轴电机　１　ＦＨ６０６２—１　ＡＦ７２－４ＡＧ１　１３　Ｎ·１１９＿，２　０００　ｒ／ｍｉｎ，　内置增量值编码器。　７）工件测量控制由马波斯Ｅ９来实现。　

ＭＭ　ＮＣ　

ＰＳ　ＴＭ　ＳＭ　图１　系统配置　

２磨床参数　

电机　

２．１　８４０Ｄ系统参数设置　西门子８４０Ｄ系统参数由２部分组成：机床数　据ＭＤ和设定数据ｓＤ。机床数据是由通用、特定　通道和特定轴等机床数据组成，它能实现８４０Ｄ的　调整和配置。设定数据是设置显示机床数据　引，　基本参数设定如下。　设定磨床物理轴：　ＭＤ１Ｏ０００ＡＸＣＯＮＦＭＡＣＨＡＸＮＡＭＥＴＡＢ　

［０］＝Ｘ１　ＭＤ１　０００ＯＡＸＣＯＮＦＭＡＣＨＡＸＮＡＭＥＴＡＢ　［１］＝Ｚ１　ＭＤ１００００ＡＸＣＯＮＦＭＡＣＨＡＸＮＡＭＥＴＡＢ　

［２］＝Ｃ１　设定磨床几何轴序号：　ＭＤ２００５０ＡＸＣ０ＮＦＧＥＯＡＸＡＳＳＩＧＮＴＡＢ　

［０］＝１　ＭＤ２００５０ＡＸＣＯＮＦＧＥＯＡＸＡＳＳＩＧＮＴＡＢ　［１］＝２　ＭＤ２００５０ＡＸＣＯＮＦ　ＧＥＯＡＸ　ＡＳＳＩＧＮ　ＴＡＢ　４８　重庆理工大学学报　［２］＝３　定义几何轴名：　ＭＤ２００６０　ＡＸＣＯＮＦＧＥＯＡＸＮＡＭＥＴＡＢ　

［０］＝Ｘ　ＭＤ２００６０　ＡＸＣＯＮＦＧＥＯＡＸＮＡＭＥ　ＴＡＢ　

［１］＝Ｙ　ＭＤ２００６０　ＡＸＣＯＮＦＧＥＯＡＸＮＡＭＥＴＡＢ　

［２］：Ｚ　设定对于磨床存在的轴的轴序号：　ＭＤ２００７０　ＡＸＣＯＮＦＭＡＣＨＡＸＵＳＥＤ［０］＝１　ＭＤ２００７０　ＡＸＣＯＮＦＭＡＣＨＡＸＵＳＥＤ［１］＝２　ＭＤ２００７０　ＡＸＣＯＮＦＭＡＣＨＡＸＵＳＥＤ［２］＝３　设定通道内编程用的轴名：　ＭＤ２００８０ＡＸＣＯＮＦＭＡＣＨＡＸＮＡＭＥＴＡＢ　［０］＝Ｘ　ＭＤ２００８ＯＡＸＣＯＮＦＭＡＣＨＡＸＮＡＭＥＴＡＢ　［１］＝Ｙ　ＭＤ２００８０ＡＸＣＯＮＦＭＡＣＨＡＸＮＡＭＥＴＡＢ　［２］＝Ｚ　２．２驱动配置　系统需要对驱动模块进行配置。驱动配置位　于ｓｔａｒｔ—ｕｐ，ｍａｃｈｉｎｅ　ｄａｔａ之下。在槽号Ｓｌｏｔ１上选　择驱动号，选择激活此模块Ａｃｔｉｖｅ，切换到各个轴　输入驱动模块订货号。ＮＣＫ复位，选择ＦＤＤ－－－￣Ｍｏ．　ｔｏｒ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ－－－￣Ｍｏｔｏｒ　Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ＿÷选择相应电机，通　过Ｄｒｉｖｅ＋或Ｄｒｉｖｅ一切换设置其他轴。再按ＭＳＤ，　选主轴电机，方法同上。ＮＣＫ复位，ＮＣＵ正面的　ＳＦ红灯灭掉时，驱动配置完成。　３控制系统　３．１工艺流程　开始启动一砂轮旋转一工件装夹一工件定位　一主砂轮快进一量仪进人工作位置一量仪控制余　量完成由粗磨、半精磨、精磨、到光磨的过程　读　轴位置一退量仪一主砂轮快退一卸工件一修整　砂轮一结束。加工流程　如图２所示。　开始启动　Ｉ　砂轮旋转　Ｉ　Ｉ　项尖顶紧　、，Ｉ　ｔ　夹盘夹紧　Ｙ｛　ｌ　ｚ轴到达加工位置　工件旋转冷却液开　Ｉ　ｌ　量仪进入工作位置　萄Ｎ　卤Ｎ　兰±　Ｎ。　圈　Ｎ’　囱　读　轴位置　＋　ｌ　卸工件　１　修整砂轮　Ｉ　广　一　图２加工流程　待位置信号０　

待位置信号１　待位置信号２　待位置信号３　

３．２加工程序　加工时主砂轮快进到工件位置进行去黑皮磨　削。液压缸推动ＭＡＲＰＯＳＳ径向量仪触头向前，使　触头与工件充分接触。为得到精确的加工尺寸，　砂轮进给由ＭＡＲＰＯＳＳ量仪控制。通过设置换速　控制尺寸，马波斯测量仪发送换速信号，触发ＮＣＫ　数字输入信号￥Ａ—ＩＮ［１０］、￥Ａ—ＩＮ［１１］、￥Ａ—ＩＮ　［１２］、￥Ａ—ＩＮ［１３］，从而控制主砂轮转速　］。　部分ＮＣ程序如下：　％ＮＰＲＯＣＥＳＳＭＰＦ　

；￥ＰＡＴＨ＝／一Ｎ—ＭＰＦ—ＤＩＲ　

Ｎ２６０　Ｍ４３；Ｃ轴低速转动　Ｎ２７０　Ｇ０１　Ｇ９１Ｘ＿（）．０８　Ｎ２８０　Ｍ５４；端面量仪触头向前　Ｎ２９０　Ｍ５６；径向量仪触头向前