1.改造情况
某镗铣加工中心，原机床采用SINUMERIK8MC系统，共有9个轴，带60位刀库和5位附件库，可以进行工件端面、侧面和工件深孔内加工，但经过长期的使用，刀库和机械手部分常有故障发生，机床加工能力大打折扣。
现采用西门子840D数控系统，对机床电气控制进行更新改造，其数控系统基本配置为840DE。
NCU模块：NCU572.3，315-2DP；
PCU50单元：PIII566/256MBRAM，WindowsXP，1G BHDD；
系统显示器：OP010操作面板，10″TFT（800×600）显示器；
MCP控制面板：19″机械按键。
为方便操作引用原机床定义轴名。本机床主轴旋转运动为SP轴，床身工作台前后移动为X轴，主轴箱沿立柱垂直导轨上下移动为Y轴，滑枕垂直于Y轴导轨进出移动为V轴，平行于滑枕运动的主轴镗杆为Ｚ轴，刀库平行于Y轴导轨旋转移动的为CU轴，平转盘左右移动为U轴。另外，将平行于滑枕运动方向的工件工作台移动作为W轴，工件回转工作台分度作为B轴。主轴采用1PH7电动机驱动，各进给轴均采用西门子611D交流伺服装置配合1FT6电动机驱动，伺服电动机自带电动机编码器。
所有轴均采用全闭环控制方式，其中X、Y、W轴因原机床HIEDNHAIN光栅尺LB326仍能使用，增加SAE转接头匹配全闭环电缆。B轴使用HIEDNHAIN圆光栅。SP、Ｚ、V、CU、U轴使用ROD增量式编码器，其中V轴为精密尺条配ROD增量式编码器工作方式。各轴的主要技术参数见表7-1。
表7-1 加工中心各轴的主要技术参数
（续）
2.机床改造过程中遇到的问题
（1）远程控制与本地控制中的倍率解码
本机床主操作箱立于主轴箱走台上，并附带有4个小操作盒，分别为回转工作台操作盒、机械手操作盒、附件库操作盒、刀库操作盒。其中，回转工作台操作盒通过本地/远程切换能对B轴和W轴进行夹紧放松，点动速度和增量速度调整控制。
关于速度控制中自编轴倍率的分析：
首先在MMC的OPI面板中对倍率调整信号IB3进行解码（见表7-2）。
表7-2 倍率调整信号IB3
当选择不同的倍率档位时IB3的变化见表7-3。
表7-3 调整后的IB3
然后再对本地操作盒倍率开关进行解码（PLC程序略去）。
（2）刀库中手动放刀的控制
使用刀库按钮站主要是为了方便人工放刀。当使用本地按钮对CU轴进行操作时，主操作站和手持单元、机械手站不允许操作，否则会产生冲突。人工放刀，使用时操作步骤如下：
首先主操作MCP面板切换到JOG方式（也就是手动方式）。
然后把刀库操作盒旋钮开关右旋到LOCAL（本地），等待5s后激活本地操作，CU轴进入PLC轴控制方式。
根据距离的要求选择是快速移动还是慢速移动，当按下启动按钮后激活对刀库轴的操作，如果选择的是快速移动（正点或反点），则一次移动3个节距，如果选择是慢速移动（正点或反点），则一次移动1个节距（节距数和距离可通过PLC修改）。当连续按下按钮则根据需要走对相应的节距。
确定刀具位定位后，按下松开按钮，刀具后释放被打开，此时可以放入刀具。
刀具放入后，按下夹紧按钮，刀具后释放被复位，即刀具被夹紧。需要注意的是，放刀完成后必须把旋钮开关右旋到REMOTE（远程），使CU轴回到NC轴控制方式。
此操作过程中，步距功能通过CALLFC15实现，实际应用中COPYFC15的标准块建立FC151、FC152、FC153、FC154，分别对应正向1节距、正向3节距、反向1节距、反向3节距。NC轴和PLC轴的切换通过控制DB3*.DBX8.4（轴切换激活使能）实现。
（3）全闭环实现
本机床的全闭环基本囊括了几种常见的全闭环工作方式。带步距码的光栅尺LB382C，不带步距码的光栅尺LB326，圆光栅尺ROD880，ROD旋转编码器400系列，ROD旋转编码器配精密齿条。调试时根据各自的性能特性匹配相关参数，鉴于原机床的机械特性比较良好，经过大修改造后，各轴实现全闭环动作均正常。
（4）机械手配合刀库的流程实现
此机床刀库为直立链式刀库，分大刀和小刀位，机械手为液压电动机控制（见图7-35）。(www.xing528.com)
图7-35 机械手配合刀库流程
表7-4所示是机械手小车在触发分步动作前在安全位的初始状态。
表7-4 机械手小车状态
其中●表示当前状态激活。
将换刀动作分解成3个步骤，
M88从安全位到刀库拿新刀回安全位，简称拿新刀。
M90从安全位到主轴进行刀具交换后回安全位，简称刀具交换。
M92从安全位到刀库归还旧刀回安全位，简称还旧刀。
在编写PLC程序时为了能充分体现动作的唯一性和安全性，防止因为误操作而引入了时序的概念，即机械手小车的动作分两条线进行控制，一是实际的液压动作，二是时序的逻辑。一个动作一个时间段，当遇见突发事件时，按下MCP面板上的“RESET”按钮，机械手操作时序被复位，切断流程的进程，然后切换到机械手操作盒本地控制，确定没有安全隐患后将机械手小车开到安全位置，按下本地复位按钮，对自动运行中的机械手小车的未完动作进行复位。
针对该机床特点在对刀库的管理使用过程中运用了一些UGUD变量，即在用户区新建简易刀具表格，方便用户监测和更改相关数据。
查找方法如下：
首先进入MMC主界面→选择参数→用户数据。
然后选择界面右侧竖条的GUD+或GUD-，选择UGUD。
这样就可以看到表7-5所示的取刀/换刀变量。
表7-5 取刀/换刀变量
其中，
TNO[0]表示取刀的变量代码，INT1表示换新刀的刀号。
TNO[1]表示换刀的变量代码，INT2表示还旧刀的刀号。即此时主轴上的刀具号，如果为0表示主轴上没有刀具。
TCU[1]表示1刀位的变量代码，REAL1表示第1把刀的实际位置。
TCU[2]表示2刀位的变量代码，REAL2表示第2把刀的实际位置。
其他的TCU[n]依次类推。
TOOLSCHG主程序专用于自动换刀，编程调用格式如下：
TNO[0]=N
L500
M30
其中，N表示对应的刀号（0＜=N＜=60）。
L500是换刀的主循环子程序。
0表示只卸刀入库；1～60表示将要上装的新刀刀号，系统将自动拆卸旧刀同时上装新刀，并将旧刀入库。如果主轴上原来无刀，则只将新刀装入主轴。
换刀的同时MMC上指示当前所处的换刀阶段。
（5）NC程序和PLC的交互控制
为了使机床的控制具有更高的可靠性和安全性，很多时候需要PLC和NC的交互控制，如在换附件或刀具时利用NCK的外部数字输入DB10功能，可以将PLC信号作为NC的判断检测信号，变量$A_IN[n]的应用使程序的可控性更高。而在使用电液比例阀实现低头补偿功能时可以采用NVCAR功能读取NC数据，即轴的实际行程，将NCVAR读取的滑枕进给量通过PLC计算补偿曲线后输入到模拟量模块（如SM334模块），将数字量信号转换成模拟量0～10V电压输出，实现对比例阀的电压控制。
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