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1、!#$西门子!#$系统在沙尔曼加工中心改造上的应用陈平信（北京凯普精益机电技术有限公司，北京!%&）摘要：结合使用西门子!#$系统对德国沙尔曼%&()*+,加工中心改造的实例，介绍了控制系统的配置，系统参数的设定，着重介绍了刀库的控制和系统变量在刀库控制中的使用，以及-.%/%)功能的应用，转矩监控功能的实现等，可供从事机床控制设计参考。关键词：系统变量-0&!#$%&$()(*+$,-,)./012()3,*$)4(*5&%6$)$)4 7,),8()*+,-./,-（01,2,-.341+516,7,8-916:3-,63;16:-8;8.?8，A=B，01,2,-.!%&，(*）*机床概
2、况及控制要求（!）机床的概况本机床的原控制系统为西门子的早期产品 CD*E9)FDG&9 和直流电动机，其中!、#、$轴为直线轴，%、&为旋转轴。刀库为 H 把刀具容量的双速链式刀库，可实现快速找刀、慢速定位的特性。机床具有一个可容纳三个铣头的铣头库。机床使用年限已久，电气元器件严重老化，设备故障率高，降低了工作效率，影响了正常生产。但是通过检测该设备机械特性尚佳，鉴于此可对该设备进行电气改造。（%）控制要求根据机床的加工需要，要求控制系统功能丰富，能实现机床复杂加工的需要，能实现多轴控制、刀库管理控制以及主轴输出功率监控和轴转矩监控等。1控制系统的配置和参数设置1*系统配置如图!所示。系统采
3、用*EIJ%K 数控单元，软件版本“H K%L”，可控制!%轴；99!K 可提供中文界面，软件版本为“I K!L”，带!M 硬盘。!、#轴测量系统采用海德汉 A0K&%直线光栅尺，实现全闭环控制。%、&轴测量系统保留原海德汉圆光栅实现全闭环控制。$、(轴为半闭环控制，其中$轴使用绝对值编码器，(轴采用增量编码器。各伺服轴均采用西门子 CD9NOFDP)H!O 交流伺服驱动和!QH 交流伺服电动机。主轴采用西门子 CD9NOFDP)H!O 交流$行证明，对该企业的设备维修业务的提高有了明显的促进作用，主要体现在以下几个方面：（!）规范了维修信息的处理，基本实现了维修业务的无纸化办公，为该企业的网
4、络信息化建设奠定了基础。（%）实现了维修信息的及时反馈，使管理者能够及时地了解全企业的设备情况，缩短了维修时间。（K）辅助决策的功能，使管理者可以根据任意时间段内的设备使用状况，更好地安排设备使用，使生产状况尽可能的处于连续运行状态。面对不断发展的设备维修技术，该软件的下一步目标是向更加智能化发展，使企业数控设备维修业务水平有进一步提高。参考文献!孙汉卿 数控机床维修技术 北京：机械工业出版社，%!%（美）935=?(3;C15R;1=与 SC+权威指南 北京：机械工业出版社，%（编辑孙德茂）$（收稿日期：%L TH T!L）$文章编号：IIK&如果您想发表对本文的看法，请将文章编号填入读者意
5、见调查表中的相应位置。!#伺服驱动和!$%&交流主轴电动机，最高转速为 ()*+,，可实现在高、中、低速三个齿轮级的无级调速控制，满足该机床的加工需要。各轴电动机选择如下：!、#轴：!-./!01 2 34&!2!33!5()*+,)/16*$轴：!-./!01 234&!2!34!5()*+,)/16*%轴：!-./!1 2 34&!2!73!5()*+,)189 5 6*&轴：!-./!1 23:&!2!341 ()*+,)1&6*轴：!-;/!23-&!2!330 ()*+,)!16*主轴：!$%&!/2 16、!15)()*+,!9!系统参数配置（!）通用机床数据?9 机床坐标轴名A!
6、：3B:C6-D3:%3BD637D.34 E B!3B:C6-D3:%3BD637D.34!E F!3B:C6-D3:%3BD637D.34 1E G!3B:C6-D3:%3BD637D.34 0E!3B:C6-D3:%3BD637D.34 8E 4!3B:C6-D3:%3BD637D.34 5E H!3B:C6-D3:%3BD637D.34/E:!3B:C6-D3:%3BD637D.34&E I$J9 驱动逻辑号A!0!：AKLM7DNCL:D6K EAKLM7DNCL:D6K!E!AKLM7DNCL:D6K 1E8AKLM7DNCL:D6K 0E&AKLM7DNCL:D6K 8E1AKL
7、M7DNCL:D6K 5E0AKLM7DNCL:D6K/E5AKLM7DNCL:D6K&E/（1）驱动器配置（表!）表 NOP?Q+O,A(+RS3PQ+RSA(+RSOTUVS$OWS(XSPQ:U(S,Q!1085/&!8&105/F7IF7IF7IF7IF7IF7IF7IF7IIA-AA-AA-AA-AA-AA-AA-AA!3BLI!3BLI13BLI 2!13BLI 21!3BLI!3BLI!3BLI!3BLI3%!&%!/%!/%!&%!&%!&%!8%5)!)!1&31)5/3!)0/3!)0/31)5/31)5/31)5/3Y)!3注：其中，IA 表示主轴，-AA 表示进给轴；!
8、3BLI 表示单轴模块，1 3BLI 表示双轴模块。（0）轴参数设定轴需设定的主要数据及意义如下：A0!:.KNCH.DCAHN7D6C：设定值指定驱动器号)模块号，可根据驱动器的排列顺序来确定该参数的值。A0!0:.KNCH.D.F$7：该数据用来确定设定值输出类型，取值范围为!或者。A016HD76:I：编码器数量。A01176:DCAHN7D6C：实际值指定，驱动器号)测量电路号。A01076:DL6$H.D6C：编码器输入号，输入到驱动器子模块)测量电路板的号码。A00LIDKC.D3B：是否旋转轴。A0!76:DLIDNL673K：直接测量系统（电子尺）。A0!76:DD$L.:%：
9、丝杠螺距。A0!5AKLM7D3BDK3.LCDA6C：负载变速比分母。!#$%!&$()*+,-.,(-/)0,12#+(-：负载变速比分子。#$%3&#-.,-.,*+40：最大轴速度。#$%3&!&506,*+40,(-7)$：在 506 方式下的快移速度。#$%3&3&506,*+40：点动速度。#$%3!&-.,#0/)01,$)(：轴移动方向。#$%3!&+18,9+$:-8;,704：实际值符号（编码器反馈极性）。根据各轴的实际情况，所设置的参数如表 3 所示。实际配置如下。!轴：选用!9/电动机，外接直线光栅尺，栅距为&，齿轮联接为非直联，传动比为!&?3，丝杠螺距为 3&。轴
10、：选用!9/电动机，外接直线光栅尺，栅距为&，直联方式，丝杠螺距为!&。#轴：选用!9/电动机，外接直线光栅尺，栅距为&，直联方式，丝杠螺距为!&。$轴：选用!9/电动机，内置绝对值编码器，分辨率为 3&=A，直联方式，丝杠螺距为!&。%轴：选用!9/电动机，配圆光栅，分辨率为!A&，传动比为!：%&。&轴：选用!9/电动机，配圆光栅，分辨率为!A&，传动比为!：%&。轴：选用!9;电动机，内置增量编码器，分辨率为 3&=A，齿轮连接非直联，传动比为!&?!3。主轴：选用!7BC 电动机，外接旋转编码器，用于定位，分辨率为!&3=，传动比分三级，第一级!&?CC、第二级 D?3&、第三级!D?
11、3&。表!机床数据坐标轴!#$%&主轴#$%&3&#$%&3%&#$%&%&#$%!&#$%!&!&#$%!&3&#$%!&%&#$%!&!#$%!&3#$%!&%#$%!&!#$%!&3#$%!&%!3&!&=.3&!&3!3&!&=.!&!3&!&ROPJNFL：双臂旋转至主轴侧/EJKR)TEMUIMN：机械手爪 3 伸出(LFLIRL SEEF：主轴松刀$EWXFL IM TEMUIMN：双臂伸出$EWXFL IM!A&：双臂旋转!A&Y$EWXFL IM TEMUIMN：双臂收回8FIO SEEF：主轴夹刀/EJKR)XIGQUIMN：机械手爪!缩回$EWXFL IM GHIPJ：双
12、臂转至刀库侧VFPNL GFERLN：刀套滑板关闭/EJKR)XIGQUIMN：机械手爪 3 缩回4PJQ OERPSPEJPJK ETT：定位销缩回（双臂旋转至&Y，刀库门关闭）（3）使用特点本刀库在使用的过程中具有以下特点：!随机换刀，就近找刀；双速运动，高速找刀，低速定位；#在手动换刀点可随机装刀、取刀。（%）刀库控制的实现748 程序主要完成刀库换刀动作，而其它功能诸如就近找刀、刀表刷新、刀库初始化等则全部由 18 程序来完成。748 控制部分流程如图 3 所示。18 控制就近找刀部分流程如图%所示。!#!#$%$&功能的应用该功能适用于任意一个机床轴。在屏幕上显示的“$%&(”窗口中
13、输入一个新的实际值后，该轴的当前轴位置随之改变，这样做可以在)*+中重新确定控制零点。当重新确定控制零点时，换刀点也会改变。设置新的实际值后，保护区域或软件极限开关就失效了。为了有效地防止因为使用该功能而使得保护区域或软件极限开关失效，可以通过),-.来改变该功能软键的显示与隐藏。在本机床中，!轴的参考点调整可使用该功能。机床的!轴的硬限位及零位开关原先安装在一个圆毂上，该圆毂通过直联的方法和!轴电动机相联从而实现限位保护参考点确认等的功能。然而对于!/01电动机要实现这种联接方式从硬件的角度来看很麻烦，故而选用带绝对值编码器的电动机，拆掉原先的检测开关，同样可以完成相同的功能，而且较之前者更
14、可靠。采用绝对值编码器，使用时可根据机床要求一次性设置好参考点，而后无需再进行回参考点的操作。绝对值编码器设置参考点的步骤如下：!#!设置轴数据$%&()*+,-).,$/%)为(后，通过断电激活该参数（$%&(0(表示轴的实际值设置一次）。该参数用来设置参考点的模式。在手动方式（1/2）下移动轴到一个固定的位置，将$%&(!(-).,+3$,%4-,45,$4*65 设置成“(”或“!”，分别表示按下正键或负键坐标返回参考点。#输入一个实际的值在机床参数$%&(!(中，该值为回完参考点后，在显示器上显示的值。$设置$%&!()*+,-)7.,5838)为!。%通过-)5)8 或者./9)-/
15、*激活机床数据。&将操作方式转换成回参考点方式。按下移动键后当前的偏置写入机床数 据$%&(:(-)7.,$/;),%458,+/-，同 时 参 数$%&!(：)*+,-)7.,5838)的值变为“”，退出回参考点方式，回参考点完成。因为刀库的换刀点和该轴有关，故此设置好参考点后，通过.”键无效（取决于机床参数$%&(!(的设定），从而防止再次回参考点而造成机床换刀点的改变；同时取消.?AB 功能窗口的显示。通过这样的处理，可以防止因为无意进行该操作而使得!轴的绝对位置发生改变，从而有效地保护刀库。当需要对该轴的参考点重新进行设置时，可通过$%:&恢复对.?AB 功能的显示，就可重新进行设置。!转矩监控功能的实现西门子 C&(%具有转矩监控功能，与此功能相关的机床数据是%D!E FGH:&E，相应的机床数据是$%!&C：8/-I6),8J-)5J/%,K。该数据用来设置电动机的极限转矩，通过%D!E FGH:&E 接口信号可以判断电动机的转矩是否超过设定转矩，从而有效地保护设备。当实际的转矩大于设定的极限转矩时，.(M!:）#文章编号：NN:如果您想发表对本文的看法，请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置。