摘要：FASH160KE 仿形铣床是20世纪70 年代末引进德国大型模具加工产品，自安装使用至今，电气元件已严重老化，备件缺乏，特别是交磁放大及直流驱动器已无替代元件，因而造成控制调速失灵，已不能正常使用；同时其液压仿形功能已无法修复，设备只能作为普通龙门铣床使用。设备机械部分尚精度良好，因此采用802D 数控系统及MICROMASTER-440 变频器对其进行数控化改造。
 
       关键词：802D 数控系统；数控机床；数控化改造DOI
 
       1 、设备现状及改造必要性
 
      FASH160KE 仿形铣床是公司20 世纪70 年代末引进德国大型仿形铣床，在公司的模具加工及维修中发挥了巨大的作用，虽经30 多年的使用，其机械精度及主轴性能良好，但由于其电气系统故障频繁，同时其液压仿形功能损坏，造成该设备多数时间只能作为普通龙门铣床使用， 而且作为主要的驱动部件交磁放大及直流驱动器已无替代元件，造成控制调速失灵，设备长期无法正常工作，因此必须对其电气系统进行改造。设备原主轴电机为交流三相异步电机，X，Y，Z，W的4轴采用西门子早期直流调速系统，主要精度靠液压仿形功能保证。
 
       2 、改造方案设计
 
      对于老设备的改造通常的做法主要是选用相应规格的驱动装置及新的驱动电机控制设备的正常运行，而其控制系统可选用PLC或是数控系统作为设备的控制核心， 由于PLC 只能作为对设备逻辑功能进行控制，无法对设备加工制造能力和产品质量控制能力进行提高，因此，对于仿形铣床的改造，根据其机械性能良好，且采用滚珠丝杠进行传动，选择数控化改造将大大发挥该设备的能力。具体方案： 对设备控制系统采用西门子SINUMERIK802D数控系统进行控制，X，Y，Z，W（横梁轴）4 轴采用SIMENS1FT6伺服系统及其配套的伺服电机进行控制驱动。
 
      主轴保留原三相交流异步电机， 控制系统采用西门子MICROMASTER 440 变频调速系统作为主轴电机的驱动装置，并在802D 系统中将其配置为模拟主轴，通过减速箱，实现在高低速两挡内的无级变速。
 
      3 、SINUMERIK 802D 数控系统简介
 
      3.1 系统功能
   
      SINUMERIK 802D 系统是近年来广泛应用于数控车、数控铣以及经济型加工中心上的数控系统， 由PCU（面板控制单元）、MCP（机床控制面板）、NC 键盘、伺服驱动功率模块及电源、I/O 输入输出模块、电子手轮等基本单元组成。PCU 作为802D数控系统的核心部件，将NCK（数控核心）、PLC、HMI（人机界面） 和通信任务集成在一起， 并用Profibus 现场总线将各单元连接起来， 组成一个可同时控制4个伺服进给轴和一个模拟主轴的数控系统。
 
       3.2 PLC 部分
 
       802D 数控系统各坐标轴的伺服控制由NCK 装置完成,但机床逻辑控制则由PCU 内嵌的PLC 完成。机床外部输入输出信号经I/O 模块PP72/48 并通过Profibus 现场总线实现与PLC 的连接，每个PP72/48 具有3 个独立的50 芯插槽，包括24位数字输入和16 位数字量输出， 依次每个I/O 模块具有72 位数字输入和48 位数字输出， 802D 系统最多可配两块PP72/48模块， 及最多有144位数字输入和96位数字输出；PLC 的编程软件使用Programming Tool Plc 802D， 该软件与STEP-200PLC 编程软件大致相同，使用LAD（梯形图）作为编程语言，但所使用的通信接口和通信电缆有所不同。
 
      3.3 驱动单元
  
      SINUMERIK 802D 数控系统使用的是SIMODRIVE 611UE通用伺服驱动单元， 其配套的使用的电机为SIMENS 1FK6 和1FK71 系列伺服电机， 电机所配编码器信号为1 Vpp 正弦波，611UE 配备的PROFIBUS 接口模块用于速度环和电流环控制，位置控制环由PCU 实现。611UE 其控制模块可选择双轴和单轴模块，并且还可以在双轴模块上设置一个叠加轴。在本次对仿形铣床的改造中选用4 个单轴控制模块控制4个驱动轴， 同时设定叠加轴，配置为模拟主轴，完成对主轴控制。
 
      4 、SINUMERIK 802D 系统连接原理图
 
      SINUMERIK 802D 系统是基于PROFIBUS 总线的数控系统，输入输出信号时通过PROFIBUS 总线的传递，位置调节也是通过PROFIBUS 完成；PCU 为PRIFIBUS 的主设备， 每个PROFIBUS 从设备（PP72/48，611UE） 都具有自己唯一的总线地址，因此设备在PROFIBUS总线上的排序是任意的。PP72/48模块的总线地址由模块上的地址开关S1设定，第一块为“9”，第二块为“8”；611UE的总线地址可以利用工具软件SIMOCOMU设定；完成对PROFIBUS的连接后，PROFIBUS两个终端设备的终端电阻开关应处于ON的位置，中间设备的终端电阻开关位置为OFF。
 
      5 、设备电气原理及PLC 编程
 
      5.1 设备电气原理、
 
      经过分析系统，总共需要65个输入点和28和输出点，因此只需要选择一块PP72/48 模块。伺服连接示意图见图1，主轴变频器连接见图2。

                          图1 伺服连接示意图

               图2 主轴变频器连接图

      5.2 PLC 编程
 
      由于SINUMERIK802D 系统随编程软件提供一套铣床的标准PLC 程序， 采用标准的西门子模块化编程方式。主要包括MAIN（OB1）主程序模块、COOLING（SBR43）冷却模块、AXIS_CTL（SBR40）轴控制模块等数控系统控制主要功能模块，只需要对应相应的地址，就可实现系统的基本功能。对于仿形铣床的改造， 由于外部控制的要求， 增加了SPINDE（SBR1）主轴控制模块、YEYA（SBR2）液压控制模块、TOOLS（SBR3）道具控制模块、TAOTONG（SBR6）套筒控制模块4 个新的功能模块。
 
      6 、结束语
 
      改造后的仿形铣床变成了一台真正意义上的大型数控龙门铣床，设备精度高，性能可靠，故障率大大降低，操作方便。同时由于802D 系统能提供与电脑的通信能力，使得改造后的设备可实现在线加工能力，为公司的模具加工提供了可靠的保障。