机床改造选型设计及可行性分析

根据该机床的结构、性能、运行状态、现有加工精度、特殊功能等要求，结合电缆长度、电动机转矩及额定转速、主轴功率、系统安装空间等细节提出性能价格比较优的选型与配置方案。该项目采用西门子SINUMERIK840Di数控系统和S7-300可编程控制器，伺服驱动系统采用三套611A交流驱动及1FT5交流伺服电动机，并与位置检测元件一起构成全闭环控制系统。主轴采用英国欧陆590全数字直流调速系统。工作台B轴增加圆光栅编码器改为数控轴，取代原有电器控制元件，重新配制电气控制柜。改造后BFT130卧式镗铣床有一个主轴和五个进给轴，编制了新的PLC逻辑控制程序，实现了机床三轴联动，进行三维的立体加工。SINUMERIK 840Di数控系统具有3D插补、螺旋线插补、样条插补、钻削和铣削循环加工、图形与极坐标编程、图形仿真、螺纹转速进给功能，还有刀具半径和长度补偿，丝杠螺距和齿轮间隙补偿等功能。

（1）西门子840Di数控系统的选型设计 SINUMERIK 840Di数控系统是西门子公司于2001年研制的适用于各种控制领域能满足不同要求的数控系统，它除了具有高度的软硬件开放性，还有以下显著特点：CNC控制功能与HMI功能一起都在PCU50处理器上运行；840Di带有大量标准化工业PC接口；配有可用于伺服驱动和I/O的PROFIBUS-DP现场总线；Windows NT操作系统；OPC（用于过程控制的OLE）应用接口和CNC控制软件；具有中英文转换操作界面；有丰富的自诊断功能。同时由于840Di具有高级语言编程特色的用户友好编程界面，用户可以使用Visual Basic和Visual C⁺⁺等开发工具自行开发菜单和基本操作界面，添加功能键，设定具有用户特色的输入方式，满足特定工艺的加工要求。840Di适用于多种机床的数控系统技术改造，具有广泛的应用前景。其基本控制结构如图6-11所示。

SINUMERIK 840Di数控系统有三种基本工作方式：AUTO（自动）、JOG（手动）和MDA（手动数据输入/自动加工）方式。系统还有四种功能：增量点动功能（步进）、重定位功能（断点返回）、返回参考点功能和设定实际值功能。

840Di数控系统配有手持单元方便手动操作与对刀，系统的PCU50还带有一个10G硬盘，可以把840Di数控系统的数据（包括NC数据、PLC数据和补偿数据等）备份到硬盘上，也可以通过RS232端口或软驱备份到外部PC，方便了机床的操作与维护。

图6-11 DP现场总线连接图 PROFIBUS—DP现场总线 PCU50—人机控制单元 ADI4—4轴位置控制单元 S7PLC—西门子 可编程逻辑控制器

（2）BFT130卧式镗铣床PLC控制程序的开发与编制 本机床采用西门子S7-300PLC逻辑控制器，原来的机床逻辑控制用西门子S7-300可编程逻辑控制器取代。西门子S7-300PLC有一条MPI现场总线与MCP机床操作面板连接，MCP通过MPI总线与主机进行信息交换。有一条PROFIBUS现场总线与PCU连接，通过PROFIBUS总线PLC扩展单元ET200和ADI4与主机PCU50进行信息交换，通过PROFIBUS+DP实现I/O与驱动参数的调整和优化。首先在PCU50中对S7-300的ET200和ADI4的硬件配置进行软件组态的设置，ADI4可给出10V的模拟指令电压，可接收编码器或光栅尺经过整形放大后的TTL信号，然后进行PLC编程。PLC编程可分以下几个步骤：(https://www.xing528.com)

1）分析机床的电气控制原理和结构特点。

2）理解原机床液压控制功能。

3）建立新的PLC程序框图。

4）编制新的软件和硬件接口控制程序。

5）编制新的功能块程序。