0  引言

CIMES 2012期間，西門子發(fā)布了其最新產品SINUMERIK 808D數(shù)控系統(tǒng)，從此掀起了向經(jīng)濟型市場進攻的新一輪高潮。借助于SINUMERIK 808D 這款新產品, 西門子為經(jīng)濟型車床和銑床提供了最新的數(shù)控技術。這款結構緊湊、具有友好用戶體驗的數(shù)控控制器適用于經(jīng)濟型的車削和銑削應用, 并將會在將來逐步替代現(xiàn)有的SINUMERIK 802S/C控制器。

SINUMERIK 808D分為兩個版本，銑床版和車床版，本文以車床版為例，講解配合數(shù)控系統(tǒng)的外圍電氣控制線路的設計。

1  數(shù)控系統(tǒng)的供電

SINUMERIK 808D使用直流24V電源，通過接口X1與直流24V電源連接。系統(tǒng)所使用的電源建議與PLC輸入輸出的24V電源獨立。直流電源的容量和質量是系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關鍵。進行24V直流電源容量計算時，至少需要注意以下4個方面的內容。

（1）數(shù)控系統(tǒng)瞬時啟動消耗的電流為5A，正常運行消耗的電流為1.5A。

（2） 驅動器SINAMICS V60消耗的24V電流，若不帶抱閘電機時，為0.8A/軸，帶抱閘電機時為1.2A/軸。

（3）PLC輸入輸出點的最大負載能力為0.25A/輸入點。

（4）機床上使用的其他電氣設備（如電磁閥、風扇、指示燈等），根據(jù)銘牌標識計算[1]。

另外再考慮工廠內部的設計規(guī)范，考慮相關冗余量。

2  伺服控制系統(tǒng)電氣控制線路設計

數(shù)控機床進給伺服控制系統(tǒng)完成進給軸速度和位移的控制，直接決定所加工零件的精度和質量。對于經(jīng)濟型數(shù)控車床，進給軸一般為半閉環(huán)控制，西門子推薦SINAMICS V60伺服驅動器與808D數(shù)控系統(tǒng)配套使用，當然也可以使用其他廠家的驅動器。

SINUMERIK 808D數(shù)控系統(tǒng)通過脈沖驅動接口X51、X53接口輸入輸出進給軸控制信號，本文以X軸接口X51為例簡述與伺服驅動器的連接。如圖1所示為808D與V60連接示意圖。V60的X5接口接收來自于808D的軸控制信號，包括脈沖（PULS）、方向（DIR）和使能（ENA）信號。V60的X6接口，其中RST引腳接收來自于數(shù)控系統(tǒng)的報警清除信號，ALM引腳輸出驅動報警信號至數(shù)控系統(tǒng)，RDY引腳輸出“驅動就緒”信號至數(shù)控系統(tǒng)，Z-M引腳輸出零脈沖信號至數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)需要利用此信號完成回零操作[2]。另外，+24V引腳接收來自于數(shù)控系統(tǒng)的直流電源，M24引腳同理，注意：由于V60的+24V電源來自于數(shù)控系統(tǒng)的脈沖驅動接口，此接口由數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)字量輸出接口X200供電，所以即使X200的數(shù)字輸出量用戶不使用，但X200接口的+24V、M信號也必須連接。

這里需要強調的是，808D數(shù)控系統(tǒng)與之前的802C連接不同，808D根本沒有位置反饋輸入的接口，所以電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)三環(huán)的PID調節(jié)全部交由伺服驅動完成，數(shù)控系統(tǒng)只是負責發(fā)出指令而已。

3  主軸控制系統(tǒng)電氣控制線路設計

數(shù)控車床的主軸帶動工件高速旋轉，通過與刀具的相對運動完成零件的切削。對于經(jīng)濟型數(shù)控車床而言，主軸只需要能夠實現(xiàn)無級調速即可，這可以通過普通變頻器實現(xiàn)。根據(jù)轉向的不同控制方式可以分為單極性主軸和雙極性主軸兩類。

3.1  單極性主軸

單極性主軸連接示意圖如圖2所示，X54為808D主軸控制信號輸出接口，AO和AGND引腳輸出0~10V模擬量電壓信號控制主軸的轉速，使能信號一般不用。轉向由快速輸入輸出接口X21的CW和CCW信號輸出?？焖佥斎胼敵鍪怯蒒C直接控制的數(shù)字量輸入輸出接口，用于需要NC快速響應的場合。

作為車床，車削螺紋是必須的功能，所以數(shù)控系統(tǒng)的X60接口接收來自與主軸編碼器的信號。

3.2  雙極性主軸

與單極性主軸不同，雙極性主軸轉向、轉速控制信號都由X54輸出，所以AO和AGND引腳輸出±10V的模擬量電壓指令，指令電壓的正負即代表了旋轉的方向，此時主軸使能信號應該連接上，如圖3所示。

應該強調的是，無論是單極性主軸抑或雙極性主軸，808D的X60接口都連接了主軸編碼器，但此處的編碼器與進給軸的編碼器有本質的區(qū)別。對于經(jīng)濟型數(shù)控車床而言，主軸的編碼器并不是為了構成主軸轉速的半閉環(huán)控制而是車削螺紋的需要，事實上數(shù)控車床的主軸轉速就是一個開環(huán)控制，鑒于主軸轉速對于被加工的零件質量的影響程度，也沒必要完成轉速的閉環(huán)調節(jié)。

4  其他輔助功能的電氣控制線路設計

關于冷卻、刀架等相關輔助功能，都是標準連接，此處不再贅述，需要注意的是：西門子數(shù)控系統(tǒng)在出廠時都配置有相應的樣例PLC程序，相應的PLC輸入輸出點已經(jīng)定義完成，設計控制線路時需要據(jù)此連接，才能保證軟硬件的配合。

5  結束語

SINUMERIK 808D在電氣連接方面相對于上一代的802C/S又簡化了很多，關于進給軸的所有輸入輸出控制信號全部集中在X51~X53接口，原來的反饋接口也已經(jīng)取消，位置環(huán)的計算交給伺服驅動去完成，這進一步簡化了電氣控制系統(tǒng)的設計，為今后的維護維修也帶來了方便。數(shù)控機床是當代機械制造業(yè)的主流裝備，入門級或經(jīng)濟型數(shù)控機床的需求很大程度上反映了全球標準機床市場的需求[3]，因此經(jīng)濟型數(shù)控機床有著它廣闊的市場，作為工程技術人員我們有責任和義務開發(fā)出適應中國國情的數(shù)控機床，為中國裝備制造業(yè)的發(fā)展貢獻出自己的力量。

參考文獻：

[1] 西門子（中國）有限公司.SINUMERIK 808調試指南[M].西門子數(shù)控（南京）有限公司，2012:10.

[2] 西門子（中國）有限公司.SINUMERIK 808D電氣安裝手冊[M].西門子數(shù)控（南京）有限公司，2012.20-21.

[3] 趙宇龍.推動普及型數(shù)控系統(tǒng)躍上新臺階[J].金屬加工，2013(18):4-6.

圖1  808D與V60連接示意圖

圖2  單極性主軸連接示意圖

圖3  雙極性主軸連接示意圖