1引言： 　　C61160是我廠60年代初引進的具有數顯功能的大型臥式車床，主要用于對汽輪機轉子零部件進行粗加工。由于電力電子器件的飛速發展和技術的不斷更新，該設備不能適應工廠產品系列化、快速化發展的戰略目標。其具體表現為：原有設備采用的是繼電器邏輯控制，線路老化嚴重，故障頻繁；且許多主要電器元件現已經淘汰，備件購買困難而且周期長，不易維護；手動人為操作，不能實現加工程序控制的運行實現資源的共享目標。因此，為了合理整合利用工廠資源，實現我廠裝備數字化發展的目標，經論證提出了對該臥式車床進行全面的電氣和機械改造。以適應核電轉子的發展 　　2機床的結構和特點 　　C61160由床頭箱、刀架、尾座、閉式中心架構成機床的主體。冷卻裝置、液壓裝置、油溫控制等作為機床的輔助設備。 　　改造前該設備采用的是繼電器控制方式：主軸的變速通過機械換檔實現；刀架由大拖板、中拖板、小拖板構成，大拖板的運動可以通過大拖板電機和主軸帶動光桿兩種方式實現，中拖板的運動是通過中拖板電機實現的，小拖板是通過機械齒輪手動旋轉實現，刀架位置檢測是通過安裝數顯表確定。尾座和頂針的運動分別有兩個電機拖動。 　　3設計方案提出： 　　為了保證機床能實現粗加工和精加工，不改變原有操作方式的情況下，提出了如下改造方案：1主軸伺服（CT）驅動控制。2刀架大拖板、中拖板改為滾珠絲杠傳動，采用數字軸控制。3取消小拖板。4原機床的所有動作控制由原繼電器電路控制改為PLC控制。 　　在滿足以上條件的要求下，選用了西門子的802D數控系統，該系統是西門子公司近年來推出的數字化數控系統，它的車床版標準配置中帶了一塊PP72/48模板，可以實現72點輸入和48點輸出的PLC控制，同時驅動模塊為兩個單軸功率模塊，可以帶兩個線性軸和一個模擬主軸，在伺服電機中內置了速度反饋和位移反饋傳感器可以和主機一起形成一個半閉環控制系統從而能達到很高的機床精度。而且價格適中，具有很高的性價比，可以很好的滿足設備數控改造的要求。 　　4硬件的配置與連接： 　　由于C61160車床在對核電轉子進行精加工，因此采用了1套802D數控系統分別控制刀架的運動。機床其他所有動作控制則全部由802D數控系統自帶的PLC控制單元來控制。采用802D系統的主要硬件配置為： 1、PCU主機 1塊 2、全功能豎直鍵盤 1塊 3、PP72/48模板 2塊 4、611UE驅動電源 1塊 5、611UE雙軸閉環控制單元 2 塊 6、611UE單軸功率模塊 2塊 7、1FK6電機 2個 8、外接2500P/旋轉編碼器 1個 9、連接電纜和PROFIBUS數據總線 若干 10光柵尺 2根 9主軸伺服驅動（M420R） 1個 10 手輪 1個 　　4.1 SITOP電源和電源饋入模塊 　　SITOP電源為PCU模塊和輸入輸出模塊（PP72/48）提供穩定的直流電源。伺服電源饋入模塊主要為功率模塊和611UE模塊提供控制和動力電源，產生母線電壓，同時監測功率模塊的狀態。根據所選電機的總容量來確定電源饋入模塊功率的大小，選用帶有饋入裝置的電源模塊I/RF系列。伺服電源饋入模塊能否給611UE驅動模塊供電決定于它的脈沖使能信號（端子63與9），控制器使能信號（端子64與9），內部接觸器使能信號（端子48與112），這些使能信號通斷都是通過PLC程序來控制實現的。其上電順序是，內部接觸器使能信號，脈沖使能信號，控制器使能信號。 　　4.2 人機界面 　　人機界面主要用于圖形的顯示，數字與符號的輸入等。其中包括操作面板（MCP），NC鍵盤，液晶顯示屏三部分。根據該機床的特點，選用一種與802SMCP相同的機床操作面板，MCP背后的兩個50芯扁平電纜插座可以通過扁平電纜與PP模塊的插座連接。NC鍵盤通過 SIEMENS 公司提供的專用電纜跟PCU的X10連接。液晶顯示屏與PCU板集成為一體。 　　三者之間的通信方式是這樣的：PCU接口X4與P72/48通過PROFIBUS總線連接，PCU1接口X8與P72/48接口X1跟SITOP電源相連，SITOP電源為它們工作提供恒定電源。 　　4.3 PCU數控單元 　　PCU數控單元是CNC控制部件的核心，根據NC和PLC存儲容量的不同，該機床選用PCU50列。PCU數控單元包含NC CPU和PLC CPU，它通過PROFIBUS總線連接，實現了對伺服電源模塊的控制，主軸伺服驅動裝置控制，進給伺服驅動裝置等的控制。 　　4.4 驅動系統和伺服電機 　　SIMODRIVE611UE配備PROFIBUS接口模塊用于速度環和電流環控制。伺服電機采用1FK6系列，編碼器為1VPP正弦波。802D的位置環控制由PCU完成。SIMODRIVE611UE控制模塊均為雙軸模塊，可根據PROFIBUS的配置作為單軸模塊使用，并且可以在同一個模塊上設定一個疊加軸（模擬主軸）。SIMODRIVE 611 UE 的模擬輸出接口X441用于輸出主軸速度給定（±10V），而SIMODRIVE 611 UE上的數字輸出接口可用于模擬主軸的正、反轉使能控制。WSG接口X472用于連接主軸編碼器（TTL）作為速度反饋。 　　5 軟件設計 　　SINUMERIK 802D的軟件設計就是處理NCK和MCP之間，NCK和PLC之間，PLC與MCP之間的接口信號，NC的參數配置（包括各種補償）以及PLC報警文本。NCK、PLC和MCP之間既相互獨立，各自負責一部分功能；又相互聯系，彼此交換信息。 　　5.1 通訊電纜和PROFIBUS配置 　　在調試802D數控系統或611UE驅動器時個人計算機是必不可少的工具.RS-232通訊電纜是連接兩者的唯一途徑.因此保證通訊電纜接線方式正確是非常重要的,RS-232通訊電纜用于PLC編程和611UE驅動器連接。 　　SINUMERIK 802D是基于PROFIBUS總線的數控系統，輸入輸出信號是通過PROFIBUS傳送的，位置調節（速度給定和位置反饋信號）也是通過PROFIBUS完成的，因此PROFIBUS的配置是非常重要的。在設計過程中利用一個數字坐標軸來攜帶主軸給定和反饋的方法實現對主軸的控制，攜帶軸必須是611UE模塊的A通道。PROFIBUS地址必須是12或10，由于選用的是單軸模塊所以PROFIBUS的地址是10。 　　5.2 PLC的調試 　　一般情況下，在802D的各個部件連接完畢后，則需開始調試PLC的控制邏輯。至關重要的是必須在所有有關PLC的安全功能全部準備后才能開始調試驅動裝置。 　　5.2.1PLC應用程序 　　創建一個802D的PLC應用程序非常簡單。本次設計是按照西門子802D標準配置，可以根據系統工具盤中提供的PLC應用程序實例（車床版）和子程序庫， 　　選用合適的子程序。在使用PLC實例程序或子程序庫，必須使用系統提供的標準車床和銑床初始化文件（用二進制格式將工具盒內的初始化文件利用PCIN軟件下載到802D中，文件路徑：Date\Setup\setup_t.ini）。 802D最多允許64個子程序，其中子程序0到子程序31為用戶預留，子程序32到子程序63為子程序庫占用。用戶可以根據實際情況在子程序32到子程序63之間選用自己需要得程序，并且修改相關參數。其中下列子程序在設計中被調用并修改輸入輸出部分地址 5.2.2PLC用戶報警 PLC報警是非常有效的診斷手段之一。例如某一操作是PLC邏輯所禁止的，或者某一輸出條件摸有滿足，這時如果激活相應的報捷，操作人員或者維修人員可馬上得知其操作錯誤或硬件有故障的原因。 6 驅動器的調試 只有在所有安全功能全部生效后，如PLC控制的急停、硬件限位和電源饋入模塊的使能等邏輯，才能進行驅動器的調試。驅動器的調試和優化借助于工具盤上提供的工具軟件SIMOSOMU來完成，啟動SIMOSOMU軟件夠，首先進行參數配置，即電機的選型，PROFIBUS地址。在電源饋入模塊使能端子全部閉合后，將坐標軸移動到適中位置，然后通過SIMOSOMU軟件進入PC機控制狀態（位置開環），即可進行速度環和電流環的參數優化。 7 NC調試 7.1裝初始文件 在制造商口令下，通過工具盒中的通訊軟件PCIN，下載初始文件（Setup_T.ini） 7.2 通用機床數據（MD10000？—MD18999） 通用機床數據主要用于對機床坐標軸的定義、PLC運行時間的設定與監控、用戶數據自定義參數的設定等。 MD10000[0]=X //機床坐標軸名X軸 MD10000[1]=Z //機床坐標軸名Z軸 MD10000[2]=SP //機床坐標軸名SP軸 MD11240 =6 //PROFIBUS現場總線的配置 7.3 基本通道類機床數據（MD20000—MD28999） 基本通道類機床數據主要用于通道的設定、幾何坐標軸的設定和選用、G功能的選用等。 MD20000=C61160 //通道名 MD20050[1]=5 //設定機床所用幾何軸號為5 MD20050[2]=2 //設定機床所用幾何軸號為2 MD20080[0]=X //設定通道內該機床編程用的軸名 MD20080[1]=Z //設定通道內該機床編程用的軸名 MD20080[2]=SP //設定通道內該機床編程用的軸名 7.4軸類機床數據（MD30000—MD38999） 軸類機床數據是對機床坐標各通道軸速度大小、方向和定位， 數控機床保護，誤差補償等參數設定。 MD30110[0 AX1]=5 //定義速度給定端口軸號5 MD30220[0 AX1]=5 //定義反饋端口軸號5 MD30130[0 AX1]=1 //控制給定輸出類型為1 設定值輸出有效 MD30240[0 AX1]=1 //編碼器反饋類型為1 X軸編碼器為原信號發生器，高分辨率 MD31000[0 AX1]=1 //直接測量系統 X軸為光柵尺 MD32000[AX1]=3000mm/min // X軸最大軸速度 MD32010[AX1]=15000mm/min // X軸點動快速 MD32020[AX1]=1000mm/min // X軸點動速度 MD32020[AX1]=1000mm/min // X軸速率初始值 MD32110[AX1]= -1 // X軸運動的方向 MD32200[AX1]=2.3 // X軸伺服增益系數 MD32600[AX1]=2000 rev/min // X軸伺服增益系數 MD32700[AX1]=1 // X軸插補補償 MD34020[AX1]=1000 mm/min // X軸檢測參考點開關的速度 MD34060[AX1]=200 mm // X軸檢測參考點開關的最大距離 MD34070[AX1]=200mm/min // X軸返回參考點的定位速度 MD34100[AX1]=1111.471mm // X軸參考點（相對機床坐標系）位置 MD36100[AX1]=0 mm // X軸第一軟限位開關負向 MD36110[AX1]=1176 mm // X軸第一軟限位開關正向 MD36110[AX1]=10 // X軸絲杠螺距誤差補償點數 8模擬主軸調試 對于模擬主軸，可以使用611UE的模擬量給定接口和TTL編碼器接口作為速度反饋口。 這是利用一個數字主軸來攜帶主軸給定和反饋的方法。主軸的使能信號可以由611UE的數字 輸出量Q0.X輸出給主軸驅動器。 進給611UE是雙軸模塊，PROFIBUS地址（12），主軸模擬給定611UE的A通道引出。由于A通道的模擬給定為8位D/A轉換器生成，模擬給定的最小當量為78MV。所以不能用模擬主軸定位控制。 攜帶軸X1—611UE（機床軸1） 主軸SP1 （CT）全數字直流驅動 端子75A （主軸速度給定信號±10V） 速度給定信號（±10V） 端子15 （信號地） 信號地 端子Q0.A （數字量輸出） 驅動正轉使能 端子Q1.A （數字量輸出） 驅動反轉使能 接口信號 （編碼器接口） 主軸TTL編碼器5V NC-機床參數 MD13060[4 ]=0 //總線地址10的報文類型 MD30110[0，AX3]=5 //攜帶坐標軸的邏輯軸號 MD30220 [0，AX3]=5 //攜帶坐標軸的邏輯軸號 MD30120 [0，AX3]=5 //編碼器模塊號 MD30230 [0，AX3]=5 //編碼器信號端口號 MD31020 [0，AX3]=2500 //TTL編碼器脈沖數 MD32250 [0]= 100 //額定輸出值100% MD32260 [0，AX3] =9000 //額定輸出轉速 驅動器611UE數據 P890編碼器反饋端口設定=4 P922 PROFIBUS報文類型=104 存儲，然后重新上電 P922 PROFIBUS報文類型=0 P915[8]PZD-給定值賦值PB=50103 P915[9]PZD-給定值賦值PB=50107 存儲，然后重新上電 設定模擬量輸出75.A/15為“Signal DAU1 form PROFIBUS PPO” 設定模擬量輸出Q0.A和Q1.A為“Controll via Profibus” 進入該編輯器。編輯好的報警文本可用PCIN傳入相應的目錄下。 　　9螺距誤差補償與反向間隙補償 　　　機床在對工件進行加工的過程中，由于測量系統和力的傳遞過程中會產生誤差和機床自身磨損。使得加工工件的輪廓偏離理想的幾何曲線，導致加工工件產品質量的下降。特別是在加工大型的工件時，由于溫度和機械力的影響使的加工精度損失更為嚴重。因而在機床出廠前，需要進行一定的誤差補償。螺距誤差補償和反向間隙補償是兩中最常見的補償方式 9.1螺距誤差補償 　　9.1.1 螺距誤差補償的激活 　　螺距誤差的補償是按坐標軸來進行的，激活誤差補償需設定以下相關機床參數： 　　（1）MD 38000 軸最大誤差補償點數 根據該機床的特點X軸螺距誤差參數補償點數為50即MD 38000 [0 AX1] =10；Z軸螺距誤差補償點數為20，即MD 38000 [0 AX2] =20。參數設定好后，系統自動產生相應軸的補償文件，補償文件存放在目錄/NC-ACTIVE-DATA/Meas-System-err-comp下。 　　（2）MD32700螺距誤差補償使能 MD32700=0 螺距補償不生效，允許修改補償文件； MD32700=1 螺距補償生效，不允許修改補償文件。 當設定完參數，把補償文件傳入系統后，只有當該軸返回參考點后才生效。 　　9.1.2 編輯螺距補償文件的方法 　　（1） 將系統產生的補償文件傳出，在PC機上編輯并輸入補償值，再將補償文件傳入系統。 　　（2） 將補償文件格式改為加工程序，對該程序進行補償值編輯，再運行加工程序即可將補償值寫入系統 　　9.1.3 編輯螺距補償的操作步驟 　　（1） 修改MD 38000參數：根據補償的最大點數決定。 　　（2） 用硬盤數據備份或PCIN軟件數據備份的方法將補償文件復制到硬盤上或計算機上，編輯該備份文件，并輸入補償值（見補償值）。 　　（3） 設定MD32700=0，將修改過的補償文件通過數據恢復的方法傳入系統或作為零件程序執行一次。 　　（4） 設定MD32700=1，軸回參考后，新補償值生效。 　　9.2 反向間隙補償 　　由于機械在運行過程中，機械磨損厲害，螺距補償已經不能滿足加工精度的要求。特別如機床在反向運行過程中誤差過大時，設計人員要考慮反響間隙補償。其機床參數號為MD32450，在本次設計中補償數據為BACKLASH[1]=0.01 10數據備份 　　在系統調試完畢后進行數據備份是十分重要的，SINUMERIK802D提供了多種數據備份的方法。系統數據可以在系統內部備份，可以將數據備份到PC卡上，也可以將數據傳到計算機硬盤上。 　　數據內部備份可以通過“數據存儲“軟菜單鍵輕而易舉地實現。SINUMERIK802D配備了16MB閃存和16MB靜態存儲器。所有生效的數據均存儲于靜態存儲器，當電容的能量耗盡后，靜態存儲器的數據將丟失。內部數據備份是將所有生效的數據存儲到閃存中。這樣，當靜態存儲器的數據將丟失后，系統在可以引導自檢時檢測到靜態存儲器已經掉電，這時系統會自動將閃存內存儲的數據復制到靜態存儲器中。 　　數據的外部備份是通過串行通訊（RS232）將數據備份到個人計算機的硬盤或軟盤上。計算機的通訊口C0M1或COM2通過通訊軟件WINPCIN與802D聯系起來。 11結束語 　　目前該機床的機械、電氣、系統各方面的改造、安裝、調試工作已經完成，樣件加工完全達到預期效果。改造后機床已經投入正常使用，從使用的角度和運行狀態來看，改造后機床與原機床相比，功能極大增強、自動化程度得到提高。強大的數控系統拓寬了機床加工零件的范圍。更好地保證了零件加工的質量。同時高度的自動化也大大降低了操作工人的勞動強度，但對操作工人的綜合素質提出了更高的要求。從機床的可靠性來看，結構緊奏合理，顯示器、各種開關和指示燈布局更適合操作人員的使用。同時增加了一個手持操作單元，以便操作人員在不同的狀態下選擇更適合的操作位置。改造后的機床增加了可維修性，數控系統可以監控各控制部件的運動狀態及故障，并及時在顯示器上顯示出來，同時PLC控制的運用，使整個機床控制系統線路大為簡化，所有這些使機床故障檢測和維修更為方便和快捷。 　 作者單位：四川德陽東汽裝備技術有限責任公司 　 地址：四川綿竹東方汽輪機廠機修分廠電氣技術組　618201　 Email：dongfangdilong@sina.com