單位：文登恒潤鍛造有限公司 作者：楊軍 綜述： 西門子S840DE是機(jī)床的CNC控制系統(tǒng)。我們可以通過CNC控制系統(tǒng)的操作面板執(zhí)行下列基本功能：開發(fā)和修改零件程序；根據(jù)圖紙自動(dòng)生成零件程序；手動(dòng)控制；讀入/讀出零件程序和數(shù)據(jù)；編輯程序數(shù)據(jù)；報(bào)警顯示和取消報(bào)警；自動(dòng)換刀；編輯機(jī)床數(shù)據(jù)。本文主要介紹一下用西門子S840DE系統(tǒng)在加工模具中的應(yīng)用。 一、 概況： 為了加工模具來滿足生產(chǎn)的要求需要五軸五聯(lián)動(dòng)加工中心，來實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件的型腔的加工。 NC編程：可根據(jù)圖紙可自動(dòng)生成加工程序，運(yùn)用用戶變量、系統(tǒng)變量、間接編程、算術(shù)三角函數(shù)、比較或邏輯運(yùn)算、程序跳轉(zhuǎn)、程序調(diào)用、宏調(diào)用等給機(jī)床的使用帶來了極大靈活性。 使用配置工具或利用Windows技術(shù)改變?nèi)藱C(jī)界面使操作界面適合于不同的控制任務(wù)。窗口式的設(shè)計(jì)使操作者可以對(duì)過程進(jìn)行全面監(jiān)控。主軸頭可以擺動(dòng)并旋轉(zhuǎn)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)有型腔的零件進(jìn)行加工 機(jī)床的配置為：X軸，橫向進(jìn)給軸。Y軸，縱向進(jìn)給軸。Z軸，垂直向進(jìn)給軸。A軸擺動(dòng)軸，旋轉(zhuǎn)角度＋/－40度。C軸旋轉(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn)角度＋/－200度。刀庫（21把）。 二、西門子840D系統(tǒng)的組成 SINUMERIK840D是由數(shù)控及驅(qū)動(dòng)單元（CCU或NCU），MMC,PLC模塊三部分組成，由于在集成系統(tǒng)時(shí)，總是將SIMODRIVE611D驅(qū)動(dòng)和數(shù)控單元(CCU或NCU)并排放在一起，并用設(shè)備總線互相連接，因此在說明時(shí)將二者劃歸一處。 數(shù)控機(jī)床對(duì)伺服系統(tǒng)的要求 1．進(jìn)給調(diào)速范圍寬 最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比。 2．位置精度高 保證數(shù)控機(jī)床的定位精度和進(jìn)給跟蹤精度。閉環(huán)伺服系統(tǒng)的分辨率可以達(dá)到1mm，數(shù)控裝置的分辨率可以達(dá)0.1mm 。 3．速度響應(yīng)快 4．低速大轉(zhuǎn)矩 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在低速進(jìn)給時(shí)，要有大的輸出轉(zhuǎn)矩 三、 控制系統(tǒng)的配置 1、系統(tǒng)硬件配置： UE：6SE1146—1BB00—0DA1，71KW NCU573.5：6FC5357—0BB35—0AE0 PCU5：6FC5210—0DF22—2AA0 OPO32S：6FC5203—0AF03—0AA0 Y軸電機(jī)：1FT6108—8AF71—3AG1 Z軸電機(jī)：1FT0686—8SF71—4AH1 2、系統(tǒng)配置圖 2、 控制及驅(qū)動(dòng)單元 1.NCU數(shù)控單元 SINUMERIK840D的數(shù)控單元被稱為NCU（Numenrical Controlunit）單元：中央控制單元,負(fù)責(zé)NC所有的功能,機(jī)床的邏輯控制,還有和MMC的通訊 它由一個(gè)COM CPU板. 一個(gè)PLC CPU板和一個(gè)DRIVE板組成. 根據(jù)選用硬件如CPU芯片等和功能配置的不同，NCU分為NCU561.2,NCU571.2 NCU572.2,NCU573.2(12軸)，NCU573.2(31軸)等若干種，同樣，NCU單元中也集成SINUMERIK840D數(shù)控CPU和SIMATIC PLC CPU芯片，包括相應(yīng)的數(shù)控軟件和PLC控制軟件，并且?guī)в蠱PI或Profibus借口，RS232借口，手輪及測量接口，PCMCIA卡插槽等，所不同的是NCU單元很薄，所有的驅(qū)動(dòng)模塊均排列在其右側(cè)。 2．?dāng)?shù)字驅(qū)動(dòng)  數(shù)字伺服：運(yùn)動(dòng)控制的執(zhí)行部分,由611D伺服驅(qū)動(dòng)和1FT6(1FK6)電機(jī)組成 SINUMERIK840D配置的驅(qū)動(dòng)一般都采用SIMODRIVE611D.它包括兩部分：電源模塊+驅(qū)動(dòng)模塊（功率模塊）。 電源模塊：主要為NC和給驅(qū)動(dòng)裝置提供控制和動(dòng)力電源，產(chǎn)生母線電壓，同時(shí)監(jiān)測電源和模塊狀態(tài)。根據(jù)容量不同，凡小于15KW均不帶饋入裝置，極為U/E電源模塊；凡大于15KW均需帶饋入裝置，記為I/RF電源模塊，通過模塊上的訂貨號(hào)或標(biāo)記可識(shí)別。 611D數(shù)字驅(qū)動(dòng):是新一代數(shù)字控制總線驅(qū)動(dòng)的交流驅(qū)動(dòng)，它分為雙軸模塊和單軸模塊兩種，相應(yīng)的進(jìn)給伺服電機(jī)可采用1FT6或者1FK6系列，編碼器信號(hào)為1Vpp正弦波，可實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)控制。 3.PLC模塊 SINUMERIK840D系統(tǒng)的PLC部分使用的是西門子SIMATIC S7-300的軟件及模塊，在同一條導(dǎo)軌上從左到右依次為電源模塊（Power Supply），接口模塊（Interface Module）機(jī)信號(hào)模塊（Signal Module）。的CPU與NC的CPU是集成在CCU或NCU中的。 電源模塊（PS）是為PLC和NC提供電源的+24V和+5V。 接口模塊（IM）是用于級(jí)之間互連的。 信號(hào)模塊（SM）使用與機(jī)床PLC輸入/輸出的模塊，有輸入型和輸出型兩種 4、數(shù)控機(jī)床的組成結(jié)構(gòu) 數(shù)控機(jī)床按照事先編制好的程序，由數(shù)控系統(tǒng)控制完成預(yù)定的運(yùn)動(dòng)軌跡和輔助動(dòng)作。它一般由程序載體、輸入裝置、CNC單元、伺服系統(tǒng)、位置反饋系統(tǒng)和機(jī)床本體組成。如圖所示 數(shù)控機(jī)床的組成 四、系統(tǒng)參數(shù)配置 機(jī)床坐標(biāo)軸 MD10000： AXCONF-MACHAX-NAME-TAB[0]=X1 AXCONF-MACHAX-NAME-TAB[1]=Y1 AXCONF-MACHAX-NAME-TAB[2]=Z1 AXCONF-MACHAX-NAME-TAB[3]=A1 AXCONF-MACHAX-NAME-TAB[4]=C1 AXCONF-MACHAX-NAME-TAB[5]=SP MD20000：CHAN-NAME -CMTV 驅(qū)動(dòng)邏輯號(hào): MD13010 : DRIVE_LOGIC_NR［0］＝1 DRIVE_LOGIC_NR［1］＝2 機(jī)床軸參數(shù)的設(shè)定： 1、MD30110 CTRLOUT_MODULE_NR[0] 2、MD30200 NUM_ENCS：編碼器數(shù)量 3、MD30300 IS_ROT_AX：是否旋轉(zhuǎn)軸 4、MD31000 ENC_IS_LINEAR：直接測量系統(tǒng)（光柵尺）。 5、MD31010 ENC_GRID_POINT_DIST：直接測量系統(tǒng)（光柵尺）的柵距（分割點(diǎn)）。 6、MD31020 ENC_RESO：編碼器分辨率，即編碼器的線數(shù)?？筛鶕?jù)不同的編碼器賦該參數(shù)不同的值。 7、MD31030 LEADSCREW_PITCH：絲杠螺距?？筛鶕?jù)絲杠螺距的大小輸入相應(yīng)的數(shù)值。 8、MD31050 DRIVE_AX_RATIO_DNOM：速箱分母負(fù)載變。 9、MD31060 DRIVE_AX_RATIO_NUMERA：負(fù)載變速箱分子。 10、MD32000 MAX_AX_VELO：最大軸速度。 11、MD32010 JOG_VELO_RAPID：在JOG方式下的快速移動(dòng)速度。 12、MD32020 JOG_VELO：點(diǎn)動(dòng)速度。 13、MD32100 AX_MOTION_DIR：軸移動(dòng)方向。 14、MD32110 ENC_FEEDBACK_POL：實(shí)際值符號(hào)（編碼器反饋極性）。 Y軸配置：該軸電機(jī)內(nèi)置絕對(duì)值編碼器，分辨率為2048，傳動(dòng)比為2：1，絲杠螺距為25mm。 MD30200＝2 MD30230＝1 MD30300=0 MD31000=1 MD31020=2048 MD31030=25 MD31050=1 MD31060=2 Z軸配置：該軸電機(jī)內(nèi)置絕對(duì)值編碼器，分辨率為2048，傳動(dòng)比為1：1，絲杠螺距為16mm。 MD30200＝2 MD30230＝1 MD30300=0 MD31000=0 MD31020=2048 MD31030=16 MD31050=1 MD31060=1 五、加工工件的步驟 ① 制訂工藝規(guī)程。 ② 將NC程序通過輸入裝置傳輸?shù)綌?shù)控機(jī)床的CNC系統(tǒng)。 ③ CNC系統(tǒng)分析程序段，并按要求將相應(yīng)的指令、數(shù)值傳送到各個(gè)坐標(biāo)軸的伺服系統(tǒng)及統(tǒng) ④ 伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件。 ⑤ 位置編碼器檢測并反饋給數(shù)控系統(tǒng)。 ⑥ 機(jī)床輔助動(dòng)作由數(shù)控系統(tǒng)的PLC直接控制 加工時(shí)要對(duì)系統(tǒng)的坐標(biāo)及工件坐標(biāo)進(jìn)行設(shè)置，要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)就要應(yīng)用探頭進(jìn)行自動(dòng)測量從而達(dá)到工件的精度要求。 在加工前要對(duì)編程所需的刀具進(jìn)行設(shè)置，以便在加工工件程序自動(dòng)調(diào)刀。下圖就是對(duì)刀具的類型、長度等設(shè)置。在加工工件會(huì)自動(dòng)的把刀具的參數(shù)填入刀庫中。 六、結(jié)束語 在工業(yè)發(fā)達(dá)的今天，制造裝備業(yè)正在加速的發(fā)展，數(shù)控加工中心越來越來多的涉及到制造業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域，不管在軍工、航天、民用上數(shù)控加工機(jī)床的多軸聯(lián)動(dòng)體現(xiàn)越來越來明顯。在今后的制造裝備業(yè)的高速發(fā)展也將推動(dòng)整個(gè)數(shù)控機(jī)床業(yè)的發(fā)展！ 七、參考文獻(xiàn) 1、SINUMERIK 840D/810D/FM-NC 編程指南 SIEMENS 2002年 2、SINUMERIK 840D/ Installation&Start-up Guide SIEMENS 2001年 3、SINUMERIK 840D/810D Drive Functions SIEMENS 2001年 4、Sinumerik 810D/840D CNC SIEMENS 2004年 5 丁克《數(shù)控機(jī)床應(yīng)用與維護(hù)》人民郵電出版社2005年 作者通訊地址：山東文登市文登營工業(yè)園文登恒潤鍛造有限公司綜合管理科 郵編：264400 郵箱：ldyangjun@yahoo.com.cn 電話：13181108988