数控机床改造方案的选择

数控机床改造方案的选择近年来，随着国内各种类型机床改造需求的扩大，机床改造已经逐渐形成了一个产业，其中绝大部分是数控机床的改造，也有一部分业务来自非数控机床的升级改造。作为一个稳步发展的专业公司，我们在运用西门子系统，进行数控机床改造以及为机床厂提供设计服务两个方面，取得了比较大的成果，已经跻身国内前列，去年，我们公司获得了中机维协颁布的国家A级维修改造资质企业认证证书。在改造实践中，我们始终认为一个好的改造方案是改造成功的重要基础，并在这个环节严格把关，保证了改造的成功实施；而且这个环节看似简单，实际包涵了很重要的内容，对于自己对系统的了解熟悉、以往维修改造的基础都有很高的要求。本文将就改造方案的选择进行阐述，分析每一个步骤的具体内容，供大家参考。一、现代数控驱动产品带来丰富的选择作为西门子数控产品的核心代理和系统集成商，我们这些年来主要采用西门子产品为广大用户提供服务。西门子产品的更新也在最近几年出现了新气象，改变了过去德国电气产品贵而娇气的形象，形成了与日本数控产品双雄整天下的局面。表1西门子主流数控系统对照表802S802C802D810DCCU1840DNCU571840DNCU572/3840C测量回路数445663130进给轴／主轴3/13/14/16/1+16/631/3130/6驱动系统步进驱动611A/U611U611D611D611D611A/D线性插补轴333444/125通道11112106数PLC最大I/O64/6464/64144/96768/7682048/20482048/20481024/1024PLC编程S7-200S7-200S7-200S7-300CPU314S7-300CPU315-2DPS7-300CPU315-2DPS5135WB2中文环境YESYESYESYESYESYESNO龙门同步轴NONONONONOYESYES同时程序输入和执行YESYESYESYESYESYESYES零件程序区基本/最大0.25M0.25M0.25M0.25/1.5M0.25/1.5M2.5M2.7MB手持单元YESYESYESYESYESYESYES等离子单显YESYESYESYESYESYESYES等离子彩显NONOYESYESYESYESYESHMI带硬盘NONONOYESYESYESYES3.5'软驱NONONOYESYESYESYES图形NONOYESYESYESYESYES模拟屏幕保护程序NONONO自动自动自动自动数字化功能NONONONONOYESYES远程诊断NONONOYESYESYESYES极坐标NONOYESYESYESYESYES性能经济型经济型经济型中档型中档型高档型高档型主要适用机床类型车/铣车/铣车/铣车/铣/磨铣/磨/冲镗/铣/磨/冲加工中心下面逐一加以剖析1、SINUMERIK802S/C系统：802S和802C系统标准配置包具备了所有的必要组成单元:NC,PLC,操作面板,机床控制面板,输入/输出单元及系统软件.操作编程极其简便、免维护、性能价格比高，是专门为低端CNC机床市场而开发的经济型CNC控制系统。在中国的销售非常成功。802S/C两个系统具有同样的显示器，操作面板，数控功能，PLC编程方法等，所不同的只是SINUMERIK802S带有步进驱动系统，控制步进电机，可带3个步进驱动轴及一个+/-10V模拟伺服主轴；SINUMERIK802C带有伺服驱动系统,它采用传统的模拟伺服+/-10V接口,最多可带3个伺服驱动轴及一个伺服主轴。最新推出的802Se/Ce,更是将CPU、输入输出点、控制接口等所有部件集成在面板背后，一体化的设计使得使用维护更为方便。因此802S和802C系统非常适合于普通机床、数显机床的数控化改造以及低档数控机床的数控配套和改造。我们曾经应用的场合有数控车床、数控镗铣床、数控磨床、枪钻机床、专机等。其中SINUMERIK802C在车/铣加工应用技术上具有优势，配的是新型的西门子SIMODRIVE611U，这种系统甚至可以连接3个坐标轴的光栅尺，形成闭环控制，所以我们也曾把它应用在座标镗床、坐标磨床，性能价格比很高。2、SINUMERIK802D系统：西门子公司在新世纪推出了802D数控系统。该系统属于中低档系统，其特点是：全数字驱动，中文系统，结构简单(通过Profibus连接系统面板，I/O模块和伺服驱动系统。)调试简单(通过PCMCIA卡批量调试)。具有免维护性能的SINUMERIK802D核心部件-控制面板单元（PCU）具有CNC、PLC、人机界面和通讯等功能，集成的PC硬件可使用户非常容易地将控制系统安装在机床上。SINUMERIK802D可控制4个数字进给轴和1个主轴。主轴完全通过PCU控制，既有数字接口，也可通过模拟接口控制。使用Profibus总线可非常简洁地将伺服和I/O模块等系统各部件直接相连。模块化的驱动装置SIMODRIVE611UE可以根据数控车床或数控铣床的需要配置各种驱动和电机，强大的Windows工具可非常轻松地设置驱动参数，位置测量可用电机端编码器，也可以选用光栅尺，SINUMERIK802D具有功能强大的PLC-SIMATICS7-200，其编程工具可运行在任何PC机上，其诊断功能也非常完善。梯形图编程和经典的PLC程序举例可非常方便地应用于机床控制。SINUMERIK802D系统虽属于低档系统但是基本上已经是标准的数控系统，最适合于数控车床、铣床、磨床和带小型刀库的数控加工中心的配套及改造。3、SINUMERIK840D/810D/840Di系统：840D/810D是几乎同时推出的，具有非常高的系统一致性，显示/操作面板，机床操作面板STEP7-300PLC输入/输出模块，PLC编程语言数控系统操作，工件程序编程，参数设定，诊断等伺服驱动的许多部件由于以上的特点，该系列产品在许多企业应用及其广泛，尤其在汽车，航空，机械等行业。采用810D/840D系统，S7300，Profibus，HMI等产品，客户的利益得到了非常好的维护：操作的一致性，编程的一致性，备件的一致性，培训，维修方便等，都可显示中文。A、SINUMERIK840D，它在复杂的系统平台上，通过系统设定而适于各种控制技术。840D与SINUMERIK611D数字驱动系统和SIMATICS7可编程控制器一起，构成全数字控制系统。它适于各种复杂加工任务的控制，具有优于其它系统的动态品质和控制精度。标准控制系统的特征是具有大量的控制功能，如钻削、车削、铣削、磨削以及特殊控制，这些功能在使用中不会有任何相互影响。由于开放的结构，这个完整的系统也适于其它技术如剪切、冲压和激光加工等。SINUMERIK840D的突出之处在于其不断扩展的特性。其自学习、自优化系统使系统的调整时间大为缩短。精调也可按机床用户的要求简单自动地进行。远程诊断使其故障的分析解决更加方便快捷。SINUMERIK840D最大限度集成在与SIMODRIVE611控制模块相同的50mm宽框架中，将SINUMERIK840D，SIMODRIVE611D，加上先进的SIMATICS7系统，即为机床的自动化提供了全方位的解决方案：全数字化的系统、革新的系统结构、更高的控制品质、更高的系统分辨率以及更短的采样时间，确保了一流的工件质量。840D采用了当今最先进的控制概念、适用于钻削、铣削以及车削和磨削机床加工的控制。例如，具有数控系统和SIMODRIVE间数字通讯的车床可以达到磨床的加工精度。SINUMERIK840D还可以实现许多特殊的NC功能，这在同类系统中是难以看到的。B、SINUMERIK810D是840D的CNC和驱动控制集成型，NCCPU和驱动集成在在一块板子上，驱动的功率部分又可提供3个坐标和2个坐标两种。简单来说，也就是SINUMERIK810D系统没有驱动接口，SINUMERIK810DNC软件选件的基本包含了840D的全部功能，例如：1）同样的钻、铣、车等加工循环；2）提前预测功能，可以在集成控制系统上实现快速控制；3）坐标变换功能；4）固定点停止可以用来卡紧工件或定义简单参考点；5）模拟量控制控制模拟信号输出；6）刀具管理也是另一种功能强大的管理软件选件；7）样条插补功能(A，B，C样条)用来产生平滑过渡；8）压缩功能用来压缩NC记录；9）多项式插补功能可以提高SINUMERIK810D/810DE运行速度；10）温度补偿功能保证您的数控系统在这种高技术、高速度运行状态下保持正常温度；由此可见SINUMERIK810D的功能和选件非常强大，并不低于840D，只是它的应用场合有其特殊性，合理的利用它内部集成的驱动系统，可以减少成本并且获得高性能。因而它不仅仅局限于数控机床配套，在木加工、石材处理或包装机械等行业也有广阔的应用前景。在我们的改造实践中，近2年来，运用最多的就是SINUMERIK840D/810D，尤其是810D在强力磨床、外圆磨床、瓦楞辊磨床等机型应用上，颇有心得。最近随着采用PROFIBUS-DP现场总线结构西门子840Di系统的推出，我们又多了一种颇有竞争力的选择：1）全PC集成的SINUMERIK840Di数控系统为您提供了一个基于PC的新潮的控制概念。得益于此概念的主要用是那些以某种方式使用了PC的场合或者使用分布式驱动和I/O的自控方案。应用领域包括木制品，玻璃，制陶，包装，贴片机，冲压机，弯曲机，以及各种机床和类似机床的机械。除了高度的软、硬件开放性，SINUMERIK840Di的显著特点是，CNC控制控制功能与HMI功能一起都在PC处理器上运行。也就是说，可以省略传统控制系统中所需的NC处理单元。这种控制系统包含大量的标准化部件：带接口卡的工业PC机，PROFIBUS-DP，WindowsNT操作系统，OPC（用于过程控制的OLE）用接口和NC控制软件。2）SINUMERIK840Di可提供给您的还很多。特别有利的是其在SINUMERIK家庭中的地位。例如，SINUMERIK840D与SINUMERIK８４０Di的NC和PLC功能，操作者功能和机床数据是兼容的。相应的NC程序和PLC程序在这两个系统上都可运行。而且由于系统高度开放，软件应用可同样适用于两个系统。SINUMERIK840Di是SIMATIC和SIMODRIVE自动化控制环境的一部分。3）利用PROFIBUS-DP实现分布式配置。如今系统朝着分布式方向发展的趋势是十分明显的。而SINUMERIK840Di的另一个重要特点就是带有位置控制的PROFIBUS-DP。這是一种用于驱动和I/O的统一的现场总线。它允许数个系统实现分布式配置。4）SIMATICProTool/Pro配置工具加上附属的“SINUMERIKProTool/Pro选件”为您提供了特殊便利。即，用户可利用其来生成自己专用的用户界面而不必掌握额外的软件技能。5）全部功能集于同一模块，实现最佳通讯。MCI板是一块PCI式的插板。该模块包含了集成的SIMATICS7315-2DPPLC-CPU及用于MPI(多接口)和PROFIBUSDP接口接和I/O。可连接SIMODRIVE611通用型驱动装置。SIMATICDPET200模块则可作为I/O。4、SINUMERIK840C系统：SINUMERIK840C系统一直雄居世界数控系统水平之首，内装功能强大的PLC135WB2，可以控制SIMODRIVE611A/D模拟式或数字式交流驱动系统，适合于高复杂度的数控机床。虽然已经推出很多年，但依然表现良好，深受用户欢迎。我们的应用主要是在复杂的数控镗铣床、加工中心、龙门加工中心、五面体加工中心、高档磨床。表2SINUMERIK840C功能表显示屏幕显示操作分为5个操作范围(区域)运行状态文字显示机床控制面板和带LED的用户按键图形编程(固定循环参数编程)多通道显示显示器暗置双溜板显示铣削程序模拟14个软件按键支持的软件菜单操作操作面板禁止操作面板转换机床操作面板的钥匙开关不用操作面板和NC全