摘要：随着时代的变迁，数控机床在工业中的应用已经越来越广泛，数控系统也是不断的更新换代，数控机床的更新可以极大的提高机床的加工生产效率。因此对老化的数控机床的改造也是非常普遍的现象。本文主要介绍840D数控系统在数控13米龙门铣床电气部分改造中的应用以及对改造后所达到的效果进行了总结。关键词：840D数控系统 S7-300 伺服驱动系统 伺服电机引言：我车间原有一台德国生产的13米数控龙门铣床，购于上世纪90年代初期。该机床采用西门子840C数控系统配备S5型PLC以及直流电机的模拟驱动控制系统。近些年，由于原数控系统与驱动装置以及元气件都已老化，加工精度降低，设备故障率增高，给维修造成了极大的困难，并且部分电气备件已经停产而买不到。为了保证产品质量，提高工作效率，公司决定对机床进行电气的整体改造。一、数控系统的选择1、为什么选择840D系统控制该机床原有的数控系统为西门子公司的840C数控系统。该系统已经使用了很多年，系统已经出现老化情况，死机情况时有发生。840D数控系统是西门子公司20世纪90年代中期推出的一种全数字化高度开放式数控系统，具有高度模块化及规范化的结构。在现今加工企业中很多数控加工机床都采用该控制系统。而且840D数控系统的控制通道和轴数也较多,可达10个通道,31个进给轴/主轴,每个通道控制12个进给轴/主轴,是一种高性能数控系统。鉴于840D系统的控制性能优于840C系统。因此公司决定选用840D数控系统代替原有的840C数控系统。2、840D控制系统的功能及特点该数控龙门铣床由SP轴(主轴)、X轴(机床工作台)、Y轴(溜板)、Z轴(滑枕)、W轴、W1轴(横梁同步移动)6个轴组成，配有3个附件头。而840D控制系统一般应用在控制功能要求较高的机床上,至少3个连动轴,它的硬件结构更加简单;软件内容更加丰富。西门子840D系统的主要特点为计算机化、控制与驱动接口的数字化。二、电气改造总体方案的设计1、电气柜电气元件的改造与选型该数控龙门铣机床的电气电路较分散,电气柜内电气元件使用时间也较长,老化现象十分严重,并且占用面积大,加之其故障率很高,很大程度的影响机床的加工效率。因此决定整体更换机床电气柜。拆除原电控柜，改造后的电气元件都装在新的电控柜中。2、伺服系统的改造与选型该机床原有的伺服驱动为模拟驱动。改造后的伺服系统选用SIMODRIVE 611D伺服驱动系统。611D伺服驱动系统是数字控制总线驱动的交流伺服驱动，可与西门子数字电机1PH7、1FT6系列伺服电动机配套使用。611D伺服驱动系统分为单轴模块和双轴模块两种，并且功能先进强大，便于使用和维护。3、驱动电机的选择及电机参数机床原有的主轴电机和进给电机均为直流电机。直流电机的故障率较高，且维修费用较高。改造后的主轴电机选用1PH7伺服电机驱动。进给电机选用1FT6系列。1PH7交流伺服电机是强制风冷型鼠笼异步电机。其具有功率密度高,调速范围宽的特点。1FT6全数字交流伺服电机具有低功率消耗,瞬时过载能力强的特点。1PH7和1FT6系列电机都通过独立的风扇单元散热，集成编码器。该系列电机体积小,无碳刷和换向器，基本免维护。因此可以很大程度上降低机床的停工率。电机参数如下：X轴、Y轴、Z轴：1FT6105-8SH71-1AB0；额定转矩40Nm，额定转速4500rpm；电机抱闸EBD48,扭矩100/85 Nm，32W，24V DC/1.4A.W轴：1FT6134-6SF71-1AB0; 额定转矩110 Nm；额定转速3000 rpm;电机抱闸型号同上。三、PLC的编程设计1、PLC的功能特点可编程控制器PLC的主要功能为对机床各个机械动作进行逻辑控制和状态检测,建立数控装置、操作部件及外部电气控制系统相互之间的信号联系。 机床原使用的PLC为西门子SIMATIC S5型，是控制系统综合了数字电路，模拟电路，继电回路和计算机技术的小型可编程控制器。840D系统集成S7-300型的PLC，支持的编程语言是STEP 7。S7-300型PLC是模块化的中小型PLC，简单实用的分布式结构，丰富的指令系统，强大的通信能力，使其应用十分灵活，完全能够满足机床控制的需要。2、PLC的程序设计理念此次机床改造保留了原机床PLC程序的设计思想，改造后不改变原有的机床控制逻辑，这对机床的改造很重要。因此将原来的S5 PLC程序重新编制成S7程序。S7-300 PLC的编程软件是STEP 7。根据逻辑功能不同，用户块由组织块(OB)、功能块(FB，FC) 和数据块(DB)构成。OB是系统操作程序与用户应用程序在各种条件下的接口界面，用于控制程序的运行。OB1是主循环程序块。数据块DB是用户定义的用于存放数据的存储区。FB块是通过数据块参数而调用的。FC块没有指定的数据块。按照S7的规划，用户程序块放在功能块FC50-FC120范围内，并由OB1统一管理。所以，系统在安装时首先要设计用户程序块。功能块利用语句表STL编程设计之后，下载到整个机床的PLC中去，它与NC之间的数据交换通过双端RAM实现。四、系统的调试在对机床的整体改造都完成后,就要接通电源进行机床的调试。在接通电源之前,一定要认真检查电气柜内以及机床本身所有的接线口，确定是否按改造设计正确接线。并且仔细检查所有地线是否良好的接地。确保一切正常后方可通电。在机床通电后，先让机床空运行，观察机床各部分的运行情况，检查各个油路是否正常，有无漏油现象。检查所有，冷却，液压等处是否正常。然后把机床操作面板上的所有辅助操作按钮都试用一遍。在辅助功能没问题的情况下，再进行机床参数设定的调试。先调整机床基本的机床数据;进而调整有关各个轴的编码器和光栅尺数据，建立全闭环控制;然后检查机床所有电机旋转方向及运行情况是否正常。其次对各个轴的限位开关进行检测，检测限位开关是否正常。接下来检验机床上所有电磁阀得电是否正常；试验主轴定向功能是否正常；主轴分度功能是否正常；主轴变档功能是否正常；主轴松刀卡刀功能是否正常，最后调试各个轴的反向间隙误差。五、改造后的效果德国十三米数控龙门铣床经过技术更新改造后，通过对产品的加工发现其生产加工能力较改造之前有个很大的提高，加工精度也超过了之前的机床。改造后的机床完全能够满足公司的加工使用要求。机床改造后的电器元件少了，电器柜的体积小了。改造后设备的故障率降低了很多，并很大程度上提高了机床的生产效率。这台设备将会为车间以后的加工生产起到更大的作用。参考文献[1] 王洪波.数控机床电气维修技术 北京：电子工业出版社，2007.[2]罗永顺.机床数控化改造实例 北京:机械工业出版社，2009.}