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大型卧式加工中心西门子数控系统的升级改造作者：卓民来源：《数字技术与应用》2010年第11期摘要:针对大型卧式加工中心的结构特点,介绍了利用西门子840D型数控系统的对机床进行改造的方案及实施过程。
关键词:加工中心数控系统伺服驱动 PLC中图分类号:TG659 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2010)11-0048-01The Siemens CNC Transformation of the Horizontal Machine CenterAbstract:According to the structure characteristics of the imported horizontal machine center。
the transformation scheme was proposed by utilizing the SIEMENS 840D system.Key words:Machine center;CNC system Servo drive;PLC2008年,某校实习工厂受赠一台80年代进口的加工中心。
由于年代久远,几乎不能进行生产。
我校受委托,对该机床进行维护,以便教学使用。
经考察,该机床为大型卧式加工中心,联动轴数为三轴,X、Y轴行程1000mm,Z轴行程800mm,并带有Φ800mm分度工作台,刀库容量30把,机械手换刀。
而且我们还发现,这台机床在原单位进行过一次西门子810M系统的改装,替代了美国原厂A900系统。
由于年代较长,现该机床多数电子元器件和电气设备已严重老化,NC电路板性能也不稳定,故障频繁。
810M系统人机操作界面繁琐,不能视窗化操作。
机床采用的是感应同步器的半闭环位置反馈控制。
经过论证,我们决定对机床数控系统进行再次改造。
其目的是要让机床可靠运行,数控系统要能处理数字信息,便于今后加装数字器件。
系统还要兼容WINDOWS操作,要有全中文人机界面,便于学校教学。
毕业设计任务书目录摘要 (3)前言 (3)一．西门子840D系统介绍 (3)1.1人机界面 (4)1.2数控及驱动单元 (5)1.3 PLC模块 (6)二．硬件的接口 (6)840D系统的接口 (6)三. 数控机床电气原理说明 (8)四．840D系统操作 (10)五．系统的连接与调试 (12)5.1硬件的连接 (12)5.2 调试 (13)六、PLC程序 (16)6.1 硬件组态 (17)6.2 编程 (17)6.3 块 (18)七、常见维修故障分析 (20)八、常用维修方法 (22)设计总结 (24)参考文献 (25)致谢 (25)摘要我们突出的产品SINUMERIK 840D，它在复杂的系统平台上，通过系统设定而适于各种控制技术。
840D与SINUMERIK_611数字驱动系统和SIMATIC?7可编程控制器一起，构成全数字控制系统，它适于各种复杂加工任务的控制，具有优于其它系统的动态品质和控制精度。
相对于前几代系统，SINUMERIK 840D具有以下几个特点：数字化驱动、轴控规模大、可以实现五轴联动、操作系统视窗化、软件内容丰富功能强大、具有远程诊断功能、保护功能健全、硬件高度集成化、模块化设计、内装大容量的PLC系统。
前言SINUMERIK 840D是西门子公司20世纪90年代推出的高性能数控系统。
它保持西门子前两代系统SINUMERIK 880和840C的三CPU结构：人机通信CPU （MMC-CPU）、数字控制CPU（NC-CPU）和可编程逻辑控制器CPU（PLC-CPU）。
三部分在功能上既相互分工，又互为支持。
在物理结构上，NC-CPU和PLC-CPU合为一体，合成在NCU（Numerical Control Unit）中，但在逻辑功能上相互独立。
它把所有 CNC、PLC 和通讯任务综合在单个 NCU 模块中，在安装到 NCU 盒以后，再把强大的 NCU 多处理器模块插入到SIMODRIVE 611D数字驱动系统中去，直接放置在 I/RF 电源模块右侧，与611D驱动系统构成一个整体。
CK93200 卧式车镗床电气系统的改造【摘要】通过对CK93200卧式车镗床电气系统的改造，改善了该机床的故障率，提高了机床的使用稳定性，很大程度提高了其可靠性和可维护性。
【关键词】CK93200卧式车镗床电气系统改造1 机床现状现使用的CK93200卧式数控车镗床，原机床采用西门子3数控系统，该机床电气系统严重老化，故障频繁，因此提出对机床进行整体电气改造。
原机床主要电机参数：X轴/Z轴/X1轴：1FT5108 2000RPM 70NMZ1轴：1FT5073 2000RPM 11NM主轴电机：125KW，400VDC2 改造内容对于这种数控机床来说，电气控制系统的可靠性至关重要。
在几何精度、刚性、惯量等各机械因素一定的情况下，电气控制系统对整个加工的质量、效率则起到了决定性的作用。
因此在以CNC及电气控制系统各种部件的选型中，将重点考虑它们的可靠性和可维护性。
具体改造内容包含以下四个方面：（1）拆除原机床所有进给电机，更换为西门子1FT6或1FT7系列交流伺服电机，设计、制作、安装新的电机接口件。
（2）保留原主轴电机，采用新的英国欧陆590P四象限驱动装置控制，配套电抗器、测速反馈板。
通过ANA实现模拟主轴功能，直接纳入NC编程。
（3）拆除原机床所有线缆、端子，更换为全新的线缆、端子，关键部位采用软管保护。
（4）重新设计、制作电控柜、操作箱，采用西门子840D数控系统进行全面改造。
3 改造方案设计3.1 数控系统由于是双通道、双MMC，故方案选用SIEMENS840DE系统，其主要硬件配置如下：（1）系统NCU为NCU571.5（允许双通道，6个轴/主轴，双方式组）。
（2）两台PCU50.3-C1.2GHZ/512MB，自带Windows XP ProEmbSys，配置两台OP012（12’’TFT，分辨率800X600）液晶面板，支持以太网、USB、串口、并口、MPI/OPI通讯。
（3）安装HMI advanced软件，中英文显示可切换。
西门子840D数控系统维修技术与实例摘要：随着时代的变迁，数控机床在工业中的应用已经越来越广泛，数控系统也是不断的更新换代，数控机床的更新可以极大的提高机床的加工生产效率。
因此对老化的数控机床的改造也是非常普遍的现象。
本文结合生产实际，在提高零件的加工精度、节省硬件成本的要求下，充分开发机床现有的功能。
通过认真研究西门子840D CNC系统自身的模块化编程指令以及参数化编程指令等功能，使其在编制程序过程中得以充分应用，从而简化程序的编制，提高加工精度与效率，为零件的数控加工提供可靠、高效的保证。
同时介绍了840D数控系统在数控13米龙门铣床电气部分改造中的应用实例还对改造后所达到的效果进行了总结。
关键词：西门子840D系统编程；维修技术；应用实例引言：数控加工技术含量很高，涉及到多方面的内容，尤其是数控加工编程的高效化、高速切削的应用、数控工艺程序编制的规范化和标准化等方面表现更为突出。
数控加工高效化的发挥在很大程度上和企业本身的技术管理模型相关。
数控加工程序编制的规范化、标准化在一定程度上体现了企业自身数控加工技术应用水平，通过规范化来约束数控程序的多样化，提高刀具轨迹的质量，如在工艺文件中注明定位基准、对刀基准、坐标系、刀具参数与切削参数；对于程序的编制可从二维轮廓加工、三维曲面加工、固定循环、刀具补偿、刀具轨迹加工策略等多个方面进行规范化编程；在典型零件加工工艺经验的基础上，建立标准化、规范化的数控程序模板，可以大幅度提高编程质量和产品的加工效率。
1. 模块化编程1.1 设计理念模块化编程是基于SINUMERIK系统固定循环程序的概念，通过高级编程的手段，以定义为带有名称和参数表的用特殊用途的自定义固定循环的方式实现。
借助这些自定义循环程序可有效实现特定的加工过程，整合机匣类零件的通用切削方式，通过所提供的参数将循环匹配到具体的问题位置上。
学习过C语言的人都明白，假如我们赋予一些符号为变量，那么我们就可以灵活的使用它们。
西门子840D数控系统在车削加工中心电气系统改造中的应用南车株洲电力机车有限公司（湖南 412001）罗斌我公司德马吉数控车削加工中心于1999年从德国引进，配备西门子SINUMERIK 840C数控系统。
840C数控系统采用大板结构，根据不同的配置在大板上安装不同的子板，配备S5系列PLC进行逻辑控制；该车削中心配有两个主轴和两个伺服轴，采用SIMODRIVE 611D驱动，可进行各种车铣复合加工。
自使用至今已有10余年，数控系统进入老化期，经常出现系统故障，介于机械部分状态还比较稳定，决定对数控系统进行升级改造，以提高该车削加工中心的使用率。
由于之前该车削加工中心840C数控系统配备的是611D驱动，而840D数控系统也可以配611D驱动，原有的整个驱动可以保留。
为保证通用性，综合考虑，我们选用西门子SINUMERIK 840D数控系统进行升级改造，这样大大节省升级改造费用。
840D数控系统是西门子公司开发的技术先进、功能强大的全数字化系统，经过几年的推广，现在也成为一种主流数控系统。
1. 电气系统的硬件配置及连接德马吉数控车削加工中心是一台具有全功能的数控卧式车削加工中心。
由床头箱、刀架、尾座、闭式中心架构成机床的主体。
切屑输送器、冷却装置、液压油箱、油温控制器作为机床的辅助设备。
该车削加工中心改造采用的硬件配置如图1所示。
驱动沿用原来的611D，进给电动机选用1FK7系列，主轴选用1PH7系列，PLC选用西门子S7－300系列。
SINUMERIK 840D数控系统硬件连接，首先根据原840C系统的电气原理图，设计新的机床控制原理图，再根据机床控制原理图做SINUMERIK 840D应用系统硬件安装与配线，根据系统简明调试指南了解各模块的功能和连接关系，做好系统连接。
具体连接不再详细描述。
图2所示为FDD/MSD模块接口示意图。
现以X 轴为例，说明数字驱动模块（611D）与NCU及与进给电动机连接。
SINUMERIK 840D数控系统在改造数控仿形铣中自动换刀程序的设计项目简介神龙汽车有限公司为国内三大轿车生产基地之一，其生产线及检测线设备主要从欧洲进口，自动化程度非常高，各类SIMATIC自动化产品和软件得到大量使用。
公司95年从法国FO REST-LINE公司引进的一台龙门式3＋2轴数控仿形铣加工中心，用作汽车模具型面的加工及修改工作。
因机床的NUM760F数控系统严重老化，导致机床故障率高，模具加工精度差；同时由于数控系统内部功能的缺乏，导致某些特殊型面的模具加工无法完成，满足不了新车型模具加工的需求。
为此在2005年冲压工厂对该机床的数控系统进行了改型，经过系统选型和方案比较，笔者选用了SINUMERIK系列产品：840D数控系统和611D伺服驱动，并配以1PH7/1FT6/1FK6系列电机。
本文将对SINUMERIK 840数控系统在数控仿形铣床系统改造方面的应用作一些阐述和介绍。
数控仿形铣原数控系统介绍机床整体描述FOREST-LINE 3＋2轴数控仿形铣床为龙门式加工中心（见图1），工作台台面2m×4m，载重30t，X轴行程4500mm，Y轴行程3000mm，Z轴行程1200mm，W横梁轴行程64 0mm。
数控仿形铣加工中心配有刀具库和附件库，刀具库为旋转盘式，可容纳30把刀具；附件库有3个附件头，它们分别为：RM40多功能铣头、AL40加长铣头、护板铣头。
图1 数控铣加工中心工艺布置图数控仿形铣加工中心有1个主轴；7个数控轴：X轴、Y轴、Z轴、A轴、C轴、刀库轴、附件轴；一个PLC轴：W横梁轴。
其中X/Y/Z三轴可插补联动，若使用RM40多功能铣头则增加A轴和C轴，C轴由主轴电机驱动，且A轴和C轴均由鼠牙盘定位；W轴为横梁轴，不属于数控轴，由受控于数控系统PLC的一台LS变频器驱动，只有上下两个极限位置，属PLC轴。
由以上描述知3＋2轴数控仿形铣加工中心实际上指插补联动的X/Y/Z三轴加上能实现斜面加工的A/C两轴。
基于西门子840D数控系统的卧式加工中心电气系统改造
作者：郑景欣
来源：《科技创新与应用》2015年第20期
摘要：文章是对CWK-800卧式加工中心的电气控制系统升级改造的介绍，主要介绍电气系统的硬件组成与软件程序设计，为相关技术人员提供一些参考。
关键词：840D；数控卧式加工中心；PLC
前言
20世纪80年代我国大量引进了当时较先进的数控机床使用至今，大部分的电气系统已经老化严重，日常使用的故障率较高，故障现象繁多，又因原厂部件均为进口且大部分已停产，一旦器件损坏将面临着备件缺失的风险，导致故障处理周期长、难度大，维修成本高，甚至出现无法修复的状况，往往对生产进度造成较大影响。
通常进口设备即使电气系统老化严重，但机械部分往往能保持良好的性能状态，为了让它们的剩余价值得到最大的利用，对电气系统的升级改造实为不错的选择，相对于购置全新的机床，其有着成本低、周期短、风险小的优势，经改造的设备不仅能保留原来的功能，还能改善和提高设备的性能，为用户创造更大的经济效益。
1 设备现状与改造需求
CWK-800是本公司在90年代初从德国引进的卧式加工中心，拥有1个主轴、3个进给轴（X轴横向进给、Y轴升降、Z轴纵向进给）和1个工作台360°旋转轴B，5轴均为西门子直流调速系统，主轴和B轴反馈元件采用编码器，进给轴为光栅尺；该机拥有60个刀位的链式刀库，刀库的旋转动力由油马达提供。
由于该机床使用的840C数控系统已经严重老化，且早已停产，西门子公司已经不再提供备件和技术支持，早先准备的备件因为老化和缺失严重，并不能提供足够的支持，机床面临着较大的停台风险。
经研究，公司决定对该机床的电气部分进行全面的升级改造。
2 改造方案
该机床经过检测，机械精度保持良好的性能状态，气动和液压系统均运行良好，电机外的执行机构均能正常工作，但电气控制系统老化严重，所以改造方案确定为：保留控制系统以外的部分，将老化的数控系统全面升级改造。
控制系统核心部分采用西门子高端系列的SINUMERIC 840D数控系统（由NCU、PCU、OP、MMC、MCP组成），西门子品牌的市场普及度较高，该系统的高性能和高可靠性也已得到业内普遍认可，为该机床良好的机械精度和响应速度提供有力的保障；驱动系统更换为西门子 SIMODRIVE 611D全数字控制伺服驱动系统，采用1PH7系列主轴电机，进给轴驱动电机为1FT6系列交流伺服电机，轴检测元件方面，X、Y、Z三个进给轴均选用德国海德汉HEIDENHAIN 的LB382C直线光栅尺，B轴使用RON285圆光栅，实现全闭环控制，以确保进给轴和工作台的旋转精度，主轴使用西门子伺服电机配套的编码器作为位置反馈元件，实现半闭环控制。
逻辑控制部分，采用840D NCU内置SIMATIC S7-300 可编程控的314-2DP CPU，并根据机床I/O点数，选配两组机架，每组机架分别由电源模块（PS，+24V）、接口模块（IM361）、数字量输入模块（SM321）、数字量输出模块（SM322）组成。
3 改造过程部分介绍
改造过程主要包括：硬件安装、接线、软件设计（软件组态、PLC程序设计）、NC参数设置、伺服驱动参数设置、电气运行调试等，在此主要介绍软件设计。
3.1 软件组态与PLC程序的设计
安装840D TOOLBOX工具箱和STEP7编程软件，在STEP7中插入840D的库文件
GP840D.EXE，在HWconfig中对选定的系统组件进行软件组态，通过MPI通讯协议将NCU、OP、MMC、MCP和PLC机架联接起来组成完整的多点通讯网络并编译保存，下载到NCU 上。
840D的可编程控制系统与S7-300PLC基本相似，S7-300PLC程序基本由块组成，包括系统定义好的各个组织块（OB，每个组织块均有特殊作用），用户自行编写的功能子程序（FC）、功能块（FB）、数据块（DB），和系统预先编写好的子程序（SFC）、功能块（SFB）。
先调用OB100，编写好启动程序，完成PLC的上电启动工作，然后在OB1（主程序循环）中，通过模块化编程，根据卧式加工中心具体的工作逻辑，添加了急停连锁、防护门连锁、系统上电、主轴控制、进给轴控制、电源模块上下电和使能控制、自动换刀程序、手持单元程序、机床控制面板程序、液压系统控制程序、气动系统控制程序、工作台更换程序、机床润滑程序和冷却系统程序等等。
在OB40中调用报警处理的相关程序。
最后编译保存，并通过MPI适配器将程序下载至NCU中。
3.2 自动换刀程序设计
在PLC控制程序的设计中，加工中心的自动换刀程序是最复杂的PLC程序部分，该加工中心刀库有60个刀位，为链条式刀库，油马达给链条提供正反转动力，因为刀具数量较大，为提高换刀效率，油马达能分两档速度运转。
链条旁安装有的多个接近开关，分别为刀库原点的判断和刀库转动的位置定位向PLC提供反馈信息，而复杂的机械手负责在工作区和刀库区进行取刀和放刀的工作，一次自动换刀需要22个步骤，把每个动作用M代码进行设定，具体
换刀步骤为：M38，刀库定位销缩回，松开刀库——M31刀库高速正转，直至刀库1号刀位遇上参考点接近开关，即刀库回零，根据目标刀号与当前刀库位置的距离比较，自动判断为M31或者M32——根据送进PLC的接近开关的脉冲反馈，进行刀位计数，当相差3个刀位到达目标刀号时，M35或M36，慢速旋转，当目标刀号刀位时——M37锁紧刀库——M42刀爪1松开——M49换刀臂横向伸出至刀库取刀——M43刀爪1紧刀——M47换刀臂纵向伸出取刀，从刀库取出目标刀具——M45旋转180°——M48换刀臂纵向缩回——M50换刀臂横向缩回——M33打开刀库门——M39机械手移向主轴，刀爪2正对主轴——M44刀爪2松刀——M49换刀臂横向伸出，让刀爪2卡住主轴当前刀把——M43刀爪2紧刀——M52主轴松刀——M47换刀臂纵向伸出，取走主轴上的刀具——M46换刀臂反转180°，目标刀具指向主轴——M48换刀臂纵向缩回，目标刀具插到主轴上——M51主轴紧刀——M44刀爪2松刀——M50换刀臂横向缩回——M40机械手移向刀库区域——M34刀库门关——M31或M32，刀库旋转找到换下刀具所在的刀位，并通过机械手把刀具放回刀库，至此，完整的自动换刀流程结束。
在换刀程序中，每个动作都有相应的刀位信号，用于判断制定动作是否执行刀位，作为下一步动作的连锁条件，防止动作未到位导致意外碰撞事故的发生，另外工作区和手动换刀区域的安全门状态均加入到安全连锁中，门未关闭锁好，机床将无法加工或换刀，以保证机床周围人员的人身安全。
其它如急停连锁、机床控制面板、轴使能等等PLC程序跟一般卧式加工中心相似，在此不一一介绍。
4 结束语
通过对电气控制系统的全面升级改造，CWK-800卧式加工中心恢复了原有的全部功能，机床运行情况良好。
先进的840D系统让机床性能得到进一步的提升，工件加工的效率和质量也都更进一步，机器操作更方便，运行更稳定可靠，而且故障率明显减小，大大提高了生产效率，为公司创造了较大的经济效益。
参考文献
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[3]杨超.840D五轴联动加工中心的改造[J].工艺与装备，2010，12.
[4]王鸿博，李海东，王宝平.MCM G180LG加工中心数控改造[J].机械工程与自动化，2009（3）：192-194.。
