用西門子840D系統改造S40-105 臥式加工中心
0引言
90年代，我單位從美國引進一臺devling-sund- strand機床公司生產的臥式加工中心。型號為s40- 105,數控系統為者cnc500,兩交換臺630x630 mm，刀庫為鏈條式,容量為72把刀。引進后發現機 床穩定性差，故障率高。時有刀庫定位不準，主軸準 停無動作，系統經常引導不成功。以至后cnc無 法進入引導程序啟動機床。停機一年多后，于2003 年提出對此機床進行改造。更換新的數控系統。
1方案選擇
改造s40-105臥加，方案如何選擇這是擺在我 們面前的一個主要問題。s40-105,它含主軸、x、y、 z、b軸及刀具和交換工作臺的控制。x、y、b軸配光 柵尺全閉環，系統帶硬盤及軟驅。
性價比是關鍵。操作、編程簡單方便、維修容易 上手，這也是必須顧及的問題。經過調研，對國內市 場占有量較大的多家國外公司的數控系統進行全 面比較后，我們選用了西門子840d系統。理由：1) 西門子840d提供全中文操作、編程、維修的中文資 料，且人機對話的功能很強、很直觀，深受操作者歡 迎。2)西門子系統刀具長度補償自動激活，不需在 程序中編相關的執行刀具長度補償的指令，防止了 由于漏掉或寫錯刀具長度補償語句時造成撞機故 障。3)西門子840d有很強的編譯預處理功能(40段程序段），避免了由于編程超程而引起的撞機事 故發生及程序段的錯誤提前報警提示。4)數控系統 功能模塊化,pr0fibus總線控制。西門子840d數 控系統有控制2個軸到可控制31個軸的多種ncu 模塊提供選擇。硬件連接簡單，擴展容易。可編程控 制器plc為s7-300,開放性很強。標準配置很全， 無需選擇“選擇功能”。性價比高。
我們和北京凱普精益機電技術公司共同合作 完成s40-105加工中心的改造任務。
2系統硬件組成
1) ncu571.3.數控單元
ncu 單元集成了 sinumerik840d 數控 cpu 和s7-300的plc cpu芯片，包括數控軟件和plc 軟件。
2) 人機交換裝置mmc
pcu50人機對話單元。它本身就是一臺帶硬盤 的計算機(nt/xp操作系統），內置網卡、軟驅。
op010:操作面板及顯示單元。建立起sinu- merik840d系統與操作人員之間的交互界面。
3) 驅動裝置
全數字伺服驅動裝置sim0drive611d配以 1fk進給伺服電機和1ph的主軸電機 611d msd 主軸伺服模塊:6sn1123-1aa00-0la1 主軸電機：1ph7133-2ng02.-0b00 611d fdd 交流伺服模塊:6sn1123-1ab00-0ca16sn1123-1ab00-0ca1
伺服電機：1卩1^6101-8人1^1-1八入0〇(、
y、z、b 軸）
y軸帶制動器 4)可編程控制器plc
sinumerik840d 系統集成 s7-300 的 plc,并 通過通訊模塊im361擴展外部的i/o模塊。開放性 很強。
改造中還更換了刀庫編碼器，主軸定向用編碼 器。
3系統軟件設計
1)plc程序設計是數控改造的主要工作。
plc程序是連接nc和機床的橋梁。它是實現 機床的輔助動作順序邏輯控制的核心。s7-300的 plc程序的結構由塊組成。西門子840d已為用戶 提供了一些標準的功能塊，供用戶選用。我們在 plc程序中設計了標準功能塊、plc初始化塊、主軸 控制塊、刀庫位置更新塊、工作臺自動交換塊、工作 臺手動交換塊、刀庫自動控制塊、刀庫手動控制塊、 刀具自動交換塊、刀具手動交換塊、報警處理塊等 功能模塊。
舉例工作臺交換控制
交換步驟為11步：（1)工作臺上升(2)機床門 開(3)拖架伸出到機床側，取機床上的工作臺(4)工 作臺下降，將工作臺放到拖架上(5)拖架縮回，取回 工作臺(6)a臺和b臺交換(7)拖架伸出，將新的工 作臺送至機床（8)工作臺上升，取下拖架上的工作 臺(9)拖架縮回（10)工作臺下降（11)機床門關。調 用m29指令激活工作臺自動交換。
工作臺自動交換子程序如下：（用m39調用） proc palletch save displof sbl0f g500 do
supa g01 z=-0.961 f=2000;z 軸工作臺
交換位置
supa g01 x=-50.635 f=2000;x 軸工作
臺交換位置
supa pos [b] =dc (359.032); b 軸工作臺 交換位置
g04 f3
m29 激活工作臺自動交換
st0pre
sbl0n
m17
m29第6步a臺和b臺交換程序設計如下
a
m80.5
jcn
nxt6
r
db2-dbx192.4
a
m81.6
a
136.6
r
q44.0
s
q44.1
a
m81.7
a
136.6
s
q44.0
r
q44.1
a
m81.6
a
137.0
an
137.1
a
m81.7
an
137.0
a
137.1
l
s5t#3s
sd
t35
a
t35
r
m80.5
s
m80.6
r
m81.6
a
m81.7
a
t30
s
db2-dbx192.5
a/b工作臺交換動作在監控時間內來完成
2)cape manager(凱普管理器)設計 用戶通用數據設置：主要設置了主軸刀號、機 械手刀號、刀庫當前所在位置、當前工作臺a臺在 機床上、當前工作臺b臺在機床上5個信息。主要 解決換刀故障和判斷工作臺a臺、b臺的位置，以 便正確的調用加工。
用戶設定數據設置：它包含刀具交換時是采用隨機方式或是固定方式的選擇;未回參考點是否允 許nc啟動以及系統中需要的時間定時器時間的設 定等數據。
刀具管理器：當系統啟用了隨機刀位換刀功 能，則必須使用刀具庫管理器。 4聯機調試
plc程序編制完成后，進行聯機調試。（見系統 結構圖）
首先應按西門子840d系統硬件的連接要求， 將各功能模塊正確連接，確保無誤。然后對nc系統 參數及機床各數據進行正確設置，調試中對有一些 參數隨時進行修改，使其滿足機床的要求。再對伺 服系統參數進行優化。調試過程中外圍的問題比較 多,需要一定的時間加以解決。
在機床正常動作調試完成后，我們用雷尼紹公 司的激光干涉儀對機床數控軸的定位精度，重復定 位精度進行了測試、調整、使其滿足設計要求。
5使用效果
機床改造于2004.05.正式交付使用。運行至今 故障率比過去大大降低。其發生的故障均是外圍的 開關、電磁閥的問題。西門子840d系統及驅動裝置 均未出現一次故障。
我們認為用西門子840d改造后，保證了 s40- 105機床的精度髙、可靠性好、抗*力強、操作 方便。深受操作工和維修人員的歡迎和好評。
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1方案選擇
改造s40-105臥加，方案如何選擇這是擺在我 們面前的一個主要問題。s40-105,它含主軸、x、y、 z、b軸及刀具和交換工作臺的控制。x、y、b軸配光 柵尺全閉環，系統帶硬盤及軟驅。
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我們和北京凱普精益機電技術公司共同合作 完成s40-105加工中心的改造任務。
2系統硬件組成
1) ncu571.3.數控單元
ncu 單元集成了 sinumerik840d 數控 cpu 和s7-300的plc cpu芯片，包括數控軟件和plc 軟件。
2) 人機交換裝置mmc
pcu50人機對話單元。它本身就是一臺帶硬盤 的計算機(nt/xp操作系統），內置網卡、軟驅。
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3) 驅動裝置
全數字伺服驅動裝置sim0drive611d配以 1fk進給伺服電機和1ph的主軸電機 611d msd 主軸伺服模塊:6sn1123-1aa00-0la1 主軸電機：1ph7133-2ng02.-0b00 611d fdd 交流伺服模塊:6sn1123-1ab00-0ca16sn1123-1ab00-0ca1
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y、z、b 軸）
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改造中還更換了刀庫編碼器，主軸定向用編碼 器。
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1)plc程序設計是數控改造的主要工作。
plc程序是連接nc和機床的橋梁。它是實現 機床的輔助動作順序邏輯控制的核心。s7-300的 plc程序的結構由塊組成。西門子840d已為用戶 提供了一些標準的功能塊，供用戶選用。我們在 plc程序中設計了標準功能塊、plc初始化塊、主軸 控制塊、刀庫位置更新塊、工作臺自動交換塊、工作 臺手動交換塊、刀庫自動控制塊、刀庫手動控制塊、 刀具自動交換塊、刀具手動交換塊、報警處理塊等 功能模塊。
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交換位置
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臺交換位置
supa pos [b] =dc (359.032); b 軸工作臺 交換位置
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