1、方案設計

針對MZ2015磨床進行數控化改造的主要方案是:磨床的機械部分和液壓系統基本保持不變，因MZ2015磨床的電氣控制部分與數控機床電氣控制部分不相同，在實行數控化改造時拆除所有原氣控制部分。選用西門子828D數控系統來代替機床原有的繼電器控制系統。主軸電動機采用三相交流電動機取代原來的直流調速系統，配以與之配套使用的臺達VDF系列變頻器，可實現無級調速。伺服驅動系統采用與西門子828D配套的S120伺服驅動單元及1FK7交流伺服電動機，由交流伺服電動機來控制拖板部分，由于伺服電動機內配有編碼器，X軸、Z軸可構成半閉環控制，從而提高了控制精度。機床外圍I/O控制采用西門子S7－200PLC模塊控制，并重新編寫PLC程序，取代原有的繼電器接觸器控制。

2、系統設計

MZ2015自動磨床的功能是對同步器錐環內錐面進行磨削，主要有砂輪架的橫向往復運動、縱向移動共兩個伺服驅動模塊，西門子的新數控系統功能強大，售后有保障，且能滿足用戶自由地配備模塊的需求。又由于公司其它車間的機床多采用西門子數控系統，在安裝調試方面積累了比較豐富的經驗。故采用西門子828D數控系統來實施改造。系統硬件連接圖如圖1所示。

SIMMEＲIK828D數控系統是將CNC、PLC、HMI和通訊任務集成于一個單一部件，由幾大部分組成:驅動系統電源，伺服電動機控制，數控系統，輸入輸出模塊，控制面板(MCP)，機床側電氣接線端子，手輪，編碼器。SINAMICSS120作為西門子SINAMICS驅動系列之一，可以提供高性能的單軸和雙軸驅動，模塊化的設計可以滿足應用中日益增長的對驅動系統軸數量和性能的要求。SINAMICS120是集V/F控制、矢量控制、伺服控制為一體的多軸驅動系統具有模塊化的設計。

各模塊間(包括控制單元模塊、整流、回饋模塊、電動機模塊、傳感器模塊和電動機編碼器)通過高速驅動接口DＲIVE－CLIQ相互連接。1FK7電動機是永磁式同步電動機，與SINAMICS120配套使用，分為“緊湊型”、“高動態型”和“高慣性型”等型號。該伺服電動機具有電子銘牌，系統可以自動識別所配置的驅動系統。具有更高的控制精度和動態特性，更高的可靠性。同時，這些自冷卻式電動機的特點是具有優異的過載能力，結構堅固而緊湊。它們通過可旋轉的連接器與預組裝電纜進行連接，可靈活、快速和安全地與變頻器相連。SINAMICSS120驅動連接示意圖，如圖2所示。

SLM沒有DＲIVECLiQ接口，由828DX100接口引出的驅動控制電纜DＲIVECLIQ連接到第一臺電動機模塊的X200接口，由電動機模塊的X201連接到下一臺相鄰的電動機模塊的X200，按此規律連接所有電動機模塊。并且保證功率大的電動機模塊應與電源模塊相鄰放置。X202、X203為電動機編碼器反饋信號。

3、程序設計

改造后磨床為數控磨床，根據工件加工工藝流程編寫CNC加工程序，經數控系統編碼譯碼后再經各類驅動器有序地控制各軸和輔助裝置的動作，完成對內錐面的磨削加工。磨床加工流程圖如圖3所示。

圖三數控機床加工流程圖

主程序即為磨削程序，工件在夾具的固定下，隨主軸電動機的旋轉做圓周進給運動。首先對內錐面進行粗磨加工，粗磨加工完成后砂輪表面的磨粒變鈍且有很多磨屑附著在上面，不符合精磨加工要求的磨削精度和表面粗糙度。所以在粗磨加工完成后，對砂輪進行一次修整，讓后一次進行精磨加工和光磨加工。

G04程序中斷功能是828D數控系統中專用通道機床信號，其功能是在AUTOMATIK和MDA運行方式下，禁止下一個程序段傳送到插補器中，其作用是使機床在執行某些輔助動作時，禁止NC(NumericalContol)程序繼續執行，當輔助結束之后，才繼續執行下一個NC程序段，合理使用禁止讀入功能能夠極大地提高機床的安全性和降低功能部件因誤動作而造成的損傷。本程序G04指令用于完成對錐環內錐面的光磨加工，消除由于進刀時產生的彈性變形而導致的讓刀量，可較好地保證工件的精度和直線度。

4、系統參數設置

4．1總線配置

SINUMEＲIK828D是通過現場總線profibus對外設模塊(如驅動器和輸入輸出模塊等)，profibus的配置是通過通用參數MD11240來確定的。

4．2驅動器模塊定位

數控系統與驅動器之間通過總線連接，系統根據下列參數與驅動器建立物理聯系。

對于配置非調節電源模塊SLM的系統，由828D驅動接口X100連接到的第一臺電動機模塊的軸號為1，且以此類推。

4．3位置控制使能

系統出廠設定各軸均為仿真軸，系統既不產生指令輸出給驅動器，也不讀電動機的位置信號。按設定參數可激活該軸的位置控制器，使坐標軸進入正常工作狀態。

5、結語

針對普通機床存在的效率低、設備陳舊、故障頻繁、精度差等問題，對普通機床進行數控化改造是提高生產效率和自動化程度的重要手段。本課題提出了采用西門子828D數控系統來改造同步器錐環磨床的方案，主要完成了MZ2015磨床改造中的數控裝置、伺服驅動系統的選型與配置;詳細地設計了系統的整體連接和各部分接口連接;闡述了828D數控系統常用參數，主軸相關參數，伺服相關參數的設定。最后，根據實際加工需要設計了同步器錐環的CNC加工程序。改造后的磨床運轉可靠，達到了改造目標，產生了經濟效益。