西门子840D sl在XKF2312/2.5数控龙门铣床改造中的应用（上）

■中航飞机西安飞机分公司 （陕西 710089） 刘红安

西门子840D sl在XKF2312/2.5数控龙门铣床改造中的应用（上）

■中航飞机西安飞机分公司 （陕西 710089） 刘红安

摘要：目前，先进数控系统西门子840D sl在国际数控加工领域应用较广，需要对其仔细研究。本文通过利用该数控系统对XKF2312/2.5数控龙门铣床进行数字化改造这一典型案例，详细分析了西门子840D sl的物理及软件结构，对数控铣床的改造流程进行了说明。

西门子840D sl数控系统代表当今世界数控系统发展的高端水平。目前，我公司逐步引进了西门子840D sl数控系统的高端设备。随着840D sl数控系统在公司生产领域应用的日益普及，对设备的数控技术的应用开发正不断深入，同时设备使用的应用与保障问题也日渐突出。因此，必须通过持续不断地技术进步和创新提升设备加工效率——利用该先进数控系统，对普通设备或控制系统老化的数控设备加以技术改造，使之焕发强大的生命力，是我们对西门子840D sl数控系统引进消化再吸收的重要手段之一。

数控龙门铣床概况

XKF 2 3 1 2 / 2.5系桂林机床厂制造，工作台面积为1 200mm×2 500mm，T 形槽（宽度×距离：28mm×40mm）9个，坐标行程X向2 300mm，Y向行程为900m m，Z向行程830mm。数控系统采用意大利FIDIA C2系统，主轴及伺服电动机采用西门子611A交流模拟伺服驱动器及1FT5电动机。坐标轴X、Y定位精度0.003mm，Z定位精度0.004mm，3个坐标轴重复定

位精度均为0.001mm，主轴功率30kW，转速可达0～5 000r/min，采用德国Z F变速箱，两级调速。该设备特点：重切削，用于30CrMnSi/Ti合金及铸铁等航空类黑色金属结构件与模胎的加工；进给速度快，达12 000mm/min。

机床原数控系统采用意大利FIDIA C2，系统内部通信是工控机ISA总线，数控系统各板件分别控制输入输出、NC插补和PLC控制，功能单一、数量多，整个系统集成采用多板件搭接结构；FIDIA C2系统软件安装在开放式操作系统WinNT 4.0下，稳定性差。西门子611A伺服驱动单元为模拟量控制，FIDIA C2与西门子611A模拟伺服兼容性差，伺服单元上的指令控制信号、位置反馈信号接线杂乱。数控系统电气布局不合理，电缆走线凌乱，电磁干扰严重，机床在使用过程中，频繁报警，已造成多起零件报废的质量事故。设备自2003年引进，机床机械部分如导轨、丝杠磨损严重，主轴径向跳动达0.1mm，设备整体精度已无法保障。因此，为了合理利用工厂资源，实现我厂装备数字化、智能化发展的目标，并达到节能减排的目的，对该设备的技术改造势在必行。

设备改造总体方案

设备的改造从机械与电气两方面入手。改造中保留所有机械传动部件的装配结构，拆卸和清洗各液压元件、冷却系统和主轴箱，发现有破损及缺齿的齿轮应更换新的。根据机床的出厂合格证书，检验机床导轨在垂直面、水平面的几何精度，更换X向机床导轨，确保几何精度达到要求。为了保证和提高设备的加工精度，必须将坐标轴滚珠丝杠全部更换。本次改造采用德国布里斯丝杠，精度等级C3级，公称直径63mm，螺距10mm。配备与滚珠丝杠相对应的轴承、轴承座，并在机床相应位置安装调试。而电气改造的重点集中在机床电气的电路设计与数控系统的调试上（包括驱动）。

机床的电路设计

保留机床原有的电气功能，如液压装夹刀具、刀具冷却、主轴油冷、排屑、照明灯及状态指示灯等，控制线路与数控系统可靠衔接，分配输入输出点，选用一块PP72/48 I/O模板，提供72个输入点、48个输出点，满足机床使用要求。主电路结构保持不变，更换所有二类电气元件，主令电器与自动电器元件全部采用施耐德产品，其中电器柜配电采用JDF36200塑料外壳式断路器，脱扣器额定电流200A，板后接线式，各电动机、控制变压器和+24V稳压电源采用DZ108系列高分断小型断路器，电流值按照各负载的额定电流而定，如冷却泵电动机的主电路，冷却泵电动机的额定电流为2.3A，选取断路器额定电流按照如下公式计算

选用GV2-ME08C型断路器，3极，带常开和常闭触点各1对，脱扣器电流整定值2.5～4A；各电动机主电路的接触器选用LC1-D09M7C系列交流接触器，该系列接触器采用银基合金触头，灭弧性能优良，适用于三相交流电动机远距离控制，与数控系统部件安装在电器柜中，不会对其产生电磁干扰，保证数控系统工作稳定、可靠。额定电流值视各电动机主电路额定电流而定，应大于或等于电动机的额定电流，同时在电路中加装熔断器进行短路保护，在冷却泵电动机的主电路中采用RT18型熔断器，额定电流按照如下公式计算

本次改造采用RT186/3型，冷却泵电动机的主电路如图1所示。

图1

SINUMERIK 840D sl数控系统

1. SINUMERIK 840D sl数控系统简介

数控系统SINUMERIK 840D s l功能强大，系统通过授权认证最多可以控制10 个方式组、10个通道和31个进给轴/主轴；能完成大多数航空类零部件的铣削、攻螺纹和镗孔的加工。SINUMERIK 840D sl 将CNC、HMI、PLC、驱动闭环控制和通信模块集成于一个 SINUMERIK

NC 单元（NCU）中，通过使用 SINUMERIK PCU 50.3，可进一步增强系统的操作性能。SINUMERIK840D sl属多总线结构，即通过PROFIBUS、DRIVE CLiQ、ETHERNET 总线与外设和伺服进行通信，系统内置以太网功能，无需外挂通信处理器，可实现灵活组网及操作站的动态链接。NCU 内部结构如图2所示。

NCU联机调试时，计算机通过以太网与系统连接，连接至NCU的端口X127口进行联机调试，计算机设置自动获得IP地址即可。而在SIMATIC管理器硬件配置中，CP 840D sl的IP地址设为 192.168.215.1，子网掩码为 255.255.255.224，DHCP server设定为“有”。

数控系统SINUMERIK 840D s l的主要硬件配置为：①P C U 50.3-P，预装Win8操作系统1块。②控制单元NCU710.3PN，内置P L C 317-3P N/D P1块。③MCP 483C PN全数控键盘1块。④PP72/48 I/O模板1块。⑤高频电源电抗滤波器1块。⑥SINAMICS调节型电源模块1块。⑦主轴伺服控制单元1块。⑧单轴闭环控制单元3块。⑨1PH8电动机 1个 ，1FT7电动机 3个。⑩DRIVE CLiQ连接电缆若干。⑪MINI型手轮 1个。

2. 驱动单元及坐标、主轴电动机的选择

机床原电动机特性可作为本次改造各坐标电动机的选用依据和技术条件。坐标电动机的堵转转矩、最高转速和主轴电动机的额定功率、最高转速是电动机选型的主要依据。

改造采用的电动机型号及适配电动机模块如表1所示。

3. 系统调试

SINUMERIK840D sl 的调试必须按照下列步骤进行：

（1）系统的连接。SINUMERIK840D sl通过以太网与外设进行通信，通过DRIVE CLiQ 总线与电源模块及各坐标进给模块进行通信。

总线的正确连接非常重要，如图3所示。

图2

图3

表1

收稿日期：（待续）（20150421）