西门子S840D系统在模具加工中心的应用

单位：文登恒润锻造有限公司 作者：杨军 综述： 西门子S840DE是机床的CNC控制系统。我们可以通过CNC控制系统的操作面板执行下列基本功能：开发和修改零件程序；根据图纸自动生成零件程序；手动控制；读入/读出零件程序和数据；编辑程序数据；报警显示和取消报警；自动换刀；编辑机床数据。本文主要介绍一下用西门子S840DE系统在加工模具中的应用。 一、 概况： 为了加工模具来满足生产的要求需要五轴五联动加工中心，来实现复杂零件的型腔的加工。 NC编程：可根据图纸可自动生成加工程序，运用用户变量、系统变量、间接编程、算术三角函数、比较或逻辑运算、程序跳转、程序调用、宏调用等给机床的使用带来了极大灵活性。 使用配置工具或利用Windows技术改变人机界面使操作界面适合于不同的控制任务。窗口式的设计使操作者可以对过程进行全面监控。主轴头可以摆动并旋转，可实现对有型腔的零件进行加工 机床的配置为：X轴，横向进给轴。Y轴，纵向进给轴。Z轴，垂直向进给轴。A轴摆动轴，旋转角度＋/－40度。C轴旋转轴，旋转角度＋/－200度。刀库（21把）。 二、西门子840D系统的组成 SINUMERIK840D是由数控及驱动单元（CCU或NCU），MMC,PLC模块三部分组成，由于在集成系统时，总是将SIMODRIVE611D驱动和数控单元(CCU或NCU)并排放在一起，并用设备总线互相连接，因此在说明时将二者划归一处。 数控机床对伺服系统的要求 1．进给调速范围宽 最高转速与最低转速之比。 2．位置精度高 保证数控机床的定位精度和进给跟踪精度。闭环伺服系统的分辨率可以达到1mm，数控装置的分辨率可以达0.1mm 。 3．速度响应快 4．低速大转矩 伺服驱动系统在低速进给时，要有大的输出转矩 三、 控制系统的配置 1、系统硬件配置： UE：6SE1146—1BB00—0DA1，71KW NCU573.5：6FC5357—0BB35—0AE0 PCU5：6FC5210—0DF22—2AA0 OPO32S：6FC5203—0AF03—0AA0 Y轴电机：1FT6108—8AF71—3AG1 Z轴电机：1FT0686—8SF71—4AH1 2、系统配置图 2、 控制及驱动单元 1.NCU数控单元 SINUMERIK840D的数控单元被称为NCU（Numenrical Controlunit）单元：中央控制单元,负责NC所有的功能,机床的逻辑控制,还有和MMC的通讯 它由一个COM CPU板. 一个PLC CPU板和一个DRIVE板组成. 根据选用硬件如CPU芯片等和功能配置的不同，NCU分为NCU561.2,NCU571.2 NCU572.2,NCU573.2(12轴)，NCU573.2(31轴)等若干种，同样，NCU单元中也集成SINUMERIK840D数控CPU和SIMATIC PLC CPU芯片，包括相应的数控软件和PLC控制软件，并且带有MPI或Profibus借口，RS232借口，手轮及测量接口，PCMCIA卡插槽等，所不同的是NCU单元很薄，所有的驱动模块均排列在其右侧。 2．数字驱动  数字伺服：运动控制的执行部分,由611D伺服驱动和1FT6(1FK6)电机组成 SINUMERIK840D配置的驱动一般都采用SIMODRIVE611D.它包括两部分：电源模块+驱动模块（功率模块）。 电源模块：主要为NC和给驱动装置提供控制和动力电源，产生母线电压，同时监测电源和模块状态。根据容量不同，凡小于15KW均不带馈入装置，极为U/E电源模块；凡大于15KW均需带馈入装置，记为I/RF电源模块，通过模块上的订货号或标记可识别。 611D数字驱动:是新一代数字控制总线驱动的交流驱动，它分为双轴模块和单轴模块两种，相应的进给伺服电机可采用1FT6或者1FK6系列，编码器信号为1Vpp正弦波，可实现全闭环控制。 3.PLC模块 SINUMERIK840D系统的PLC部分使用的是西门子SIMATIC S7-300的软件及模块，在同一条导轨上从左到右依次为电源模块（Power Supply），接口模块（Interface Module）机信号模块（Signal Module）。的CPU与NC的CPU是集成在CCU或NCU中的。 电源模块（PS）是为PLC和NC提供电源的+24V和+5V。 接口模块（IM）是用于级之间互连的。 信号模块（SM）使用与机床PLC输入/输出的模块，有输入型和输出型两种 4、数控机床的组成结构 数控机床按照事先编制好的程序，由数控系统控制完成预定的运动轨迹和辅助动作。它一般由程序载体、输入装置、CNC单元、伺服系统、位置反馈系统和机床本体组成。如图所示 数控机床的组成 四、系统参数配置 机床坐标轴 MD10000： AXCONF-MACHAX-NAME-TAB[0]=X1 AXCONF-MACHAX-NAME-TAB[1]=Y1 AXCONF-MACHAX-NAME-TAB[2]=Z1 AXCONF-MACHAX-NAME-TAB[3]=A1 AXCONF-MACHAX-NAME-TAB[4]=C1 AXCONF-MACHAX-NAME-TAB[5]=SP MD20000：CHAN-NAME -CMTV 驱动逻辑号: MD13010 : DRIVE_LOGIC_NR［0］＝1 DRIVE_LOGIC_NR［1］＝2 机床轴参数的设定： 1、MD30110 CTRLOUT_MODULE_NR[0] 2、MD30200 NUM_ENCS：编码器数量 3、MD30300 IS_ROT_AX：是否旋转轴 4、MD31000 ENC_IS_LINEAR：直接测量系统（光栅尺）。 5、MD31010 ENC_GRID_POINT_DIST：直接测量系统（光栅尺）的栅距（分割点）。 6、MD31020 ENC_RESO：编码器分辨率，即编码器的线数。可根据不同的编码器赋该参数不同的值。 7、MD31030 LEADSCREW_PITCH：丝杠螺距。可根据丝杠螺距的大小输入相应的数值。 8、MD31050 DRIVE_AX_RATIO_DNOM：速箱分母负载变。 9、MD31060 DRIVE_AX_RATIO_NUMERA：负载变速箱分子。 10、MD32000 MAX_AX_VELO：最大轴速度。 11、MD32010 JOG_VELO_RAPID：在JOG方式下的快速移动速度。 12、MD32020 JOG_VELO：点动速度。 13、MD32100 AX_MOTION_DIR：轴移动方向。 14、MD32110 ENC_FEEDBACK_POL：实际值符号（编码器反馈极性）。 Y轴配置：该轴电机内置绝对值编码器，分辨率为2048，传动比为2：1，丝杠螺距为25mm。 MD30200＝2 MD30230＝1 MD30300=0 MD31000=1 MD31020=2048 MD31030=25 MD31050=1 MD31060=2 Z轴配置：该轴电机内置绝对值编码器，分辨率为2048，传动比为1：1，丝杠螺距为16mm。 MD30200＝2 MD30230＝1 MD30300=0 MD31000=0 MD31020=2048 MD31030=16 MD31050=1 MD31060=1 五、加工工件的步骤 ① 制订工艺规程。 ② 将NC程序通过输入装置传输到数控机床的CNC系统。 ③ CNC系统分析程序段，并按要求将相应的指令、数值传送到各个坐标轴的伺服系统及统 ④ 伺服系统驱动机床的运动部件。 ⑤ 位置编码器检测并反馈给数控系统。 ⑥ 机床辅助动作由数控系统的PLC直接控制 加工时要对系统的坐标及工件坐标进行设置，要实现这一目标就要应用探头进行自动测量从而达到工件的精度要求。 在加工前要对编程所需的刀具进行设置，以便在加工工件程序自动调刀。下图就是对刀具的类型、长度等设置。在加工工件会自动的把刀具的参数填入刀库中。 六、结束语 在工业发达的今天，制造装备业正在加速的发展，数控加工中心越来越来多的涉及到制造业的各个领域，不管在军工、航天、民用上数控加工机床的多轴联动体现越来越来明显。在今后的制造装备业的高速发展也将推动整个数控机床业的发展！ 七、参考文献 1、SINUMERIK 840D/810D/FM-NC 编程指南 SIEMENS 2002年 2、SINUMERIK 840D/ Installation&Start-up Guide SIEMENS 2001年 3、SINUMERIK 840D/810D Drive Functions SIEMENS 2001年 4、Sinumerik 810D/840D CNC SIEMENS 2004年 5 丁克《数控机床应用与维护》人民邮电出版社2005年 作者通讯地址：山东文登市文登营工业园文登恒润锻造有限公司综合管理科 邮编：264400 邮箱：ldyangjun@yahoo.com.cn 电话：13181108988