840D数控系统在ZZC转子车床中的应用

周玉秀，牛焕杰

（1.哈尔滨华悦控制技术有限公司，黑龙江 哈尔滨 150080；2.哈尔滨泰来轴承有限公司，黑龙江 哈尔滨 150036）

1 前言

ZZC转子车床是一种老式的加工机床，其电气部分原采用西门子802C模拟控制系统，使系统离散，最多只可控制三个模拟进给轴和一个模拟主轴，且可靠性和加工精度不高，主要应用于低端车床和铣床中。为了适应经济的高速发展和科技水平的日益提高，决定采用采用西门子840D数控系统对该机床电气部分进行改造，使之具有数字化、模块化特点，操作灵活、可靠，各种补偿功能丰富，以提高机床加工精度。

2 840D数控系统的特点

西门子840D是90年代后期的全数字化高度开放式数控系统，它与以往数控系统的不同点是数控与驱动的接口信号完全数字量的，它的人机界面建立在FlexOs基础上，更易操作，更易掌握，软件内容更加丰富。它具有高度模块化及规范化的结构，将CNC和驱动控制集成在一块集成电路板上，便于编程、操作和监控。840D的计算机化、驱动的模块化和驱动接口的数字化，代表着当今数控的发展方向。840D系统的MMC103与西门子611D伺服驱动模块及西门子S7-300PLC模块构成的全数字数控系统，应用于众多数控加工领域，能实现钻、车、铣、磨等数控功能。

3 电气控制系统硬件设计

3.1 模块选型

操作部分硬件840D系统的MMC103提供有标准的PC软件、硬盘、奔腾处理器，用户可在W indow98/2000下开发自定义的界面。此外，2个通用接口RS-232可使主机与外设进行通信，用户还可通过磁盘驱动器接口和打印机并行接口完成程序存储、读入及打印工作；通过PLC编程集成S7－300，PLC程序和数据内存可扩展到288KB，I/O模块可扩展到2048个输入/输出点，PLC程序可以极高的采样速率监视数字输入，向数控机床数控单元NCU发送运动停止/启动命令；611D伺服驱动模块驱动主轴电机及X、Y、Z、B轴等进给电机（最多可控制31个轴）。本数控车床改造主要由MS电源模块、NCU数控单元模块、611D伺服模块和1FT6系列伺服电机组成驱动部分；S7300PLC可编程控制器、MCP机床控制面板和OP操作面板组成控制操作部分。

3.2 数控车床控制系统图（图1）

图1 数控车床控制系统方块图

3.3 系统配置

SINUMER IK 840D是由人机交换界面（MMC）、数控及驱动单元（NCU）和可编程序控制器（PLC）三部分模块组成。

3.3.1 人机交换界面（MMC）

由 MMC103（实际上就是一台计算机，有自己独立的CPU，还可以带硬盘，带软驱。）、OP（Operation panel）显示器单元和MCP（Machine Control Panel）机床操作面板三部分组成，它们负责NC数据的输入和显示。

3.3.2 数控及驱动单元（NCU）

包括NC单元执行数字驱动和数字伺服；FFD驱动模块单元排列在右侧；运动控制的执行部分由611D伺服驱动和1FT6电机两部分组成，SINUMERIK840D配置的数字驱动、数字伺服均通过NCU 完成。

3.3.3 可编程序控制器（PLC）

采用S7－300可编程序控制器，包括输入模块和输出模块，所有机床控制程序以T形图形式集成在PLC中。

3.4 模块之间通讯方式

SINUMERIK840D应用了MPI（Multiple Point Interface）总线技术，将数控及驱动单元NCU、MMC和PLC模块三部分用设备总线互相连接起来，传输速率为187.5kb/s；为提高人机交互的效率，OP单元作为这个总线构成的网络中的一个节点，又增加OPI（Operator PanelInterface）总线，它的传输速率为1.5Mb/s。

4 控制系统软件设计

4.1 程序初始化

CALL FC2

CALL FC19

BAAGNO:=B#16#1

CHANNO:=B#16#1

SPINDLE IFNO:=B#16#5

FEEDHOLD:=B21.DBX6.0

SPINDLEHOLD:=DB3X.DBX4.3

4.2 控制方式

图2 数控车床程序T形图（部分）

操作方式主要有AUTOMAIC(自动)、JOG(手动)、TEACH IN(交互式程序编制)、MDA(手动过程数据输入)。可根据用户程序进行轮廓的冲突检测、刀具半径补偿的接近和退出及交点计算、刀具长度补偿、螺距误差补偿和测量系统误差补偿、反向间隙补偿、过象限误差补偿等。安全保护功能数控系统可通过预先设置软极限开关的方法，进行工作区域的限制，当超程时可以触发程序进行减速，对主轴的运行还可以进行监控。NC编程符合DIN66025标准，具有高级语言编程特色的程序编辑器，可进行公制、英制尺寸或混和尺寸的编程，程序编程与加工可同时进行，系统具备1.5兆字节的用户内存，用于零件程序、刀具偏置和补偿的存储。此外，2个通用接口RS-232可使主机与外设进行通信，用户还可通过磁盘驱动器接口和打印机并行接口完成程序存储、读入及打印工作。数据通信部分 840D系统配有RS232/TTY通用操作员接口，加工过程中可同时通过通用接口进行数据输入/输出。此外，用PCIN软件还可以进行串行数据通讯，通过RS-232接口可方便地使840D与西门子编程器或普通的个人电脑连接起来，进行加工程序、PLC程序、加工参数等各种信息的双向通讯。

4.3 程序T形图

数控车床程序T形图见图2 所示。

5 结束语

改造后的机床车削精度高，可靠性好，抗干扰能力强，操作方便。通过修改R参数及NC程序，其插补功能有样条插补、三阶多项式插补、控制值互联和曲线表插补，这些功能为加工各类曲线曲面类零件提供了便利条件。此外还具备进给轴和主轴同步操作的功能，从而降低了成本，具有很高的经济价值。可以预见，840D数控系统在机床改造领域的应用将越来越广泛，越来越完美。