西门子802C数控系统在导盘机床上的应用

杨克，关尚军

(北华大学机械工程学院，吉林吉林132021)

导盘机床是一种专用金属切削机床，主要用于热轧无缝钢管生产线上的导盘加工。导盘工作面的加工精度直接影响无缝钢管的表面质量。我国原有的普通导盘机床传统的工件人工夹紧方式及手动推动主轴进给和分体式结构设计，已经不能满足导盘加工的高效、精密、自动化的技术要求。为此，作者自主研发了导盘数控机床。导盘数控机床是在传统工艺及加工原理基础上对导盘机床进行的创新设计，该机床实现了工件的自动夹紧，液控伸缩式主轴和整体式结构设计。

1 数控导盘机床总体设计和传动原理

数控导盘机床是在传统工艺及加工原理基础上对普通导盘机床进行的创新设计。该机床主要由底座、主驱动单元、刀具进给单元、电控单元、液压夹紧单元组成，可实现以下运动:

(1)主运动:主轴驱动工件的旋转运动;

(2)进给运动:刀架横向和纵向进给运动。

机床传动原理如图1所示。操作人员安装上导盘工件6 后，液压夹紧机构7 进行夹紧。主轴油缸11通过结合子10 驱动主轴8 连接到工件6。主电机1 带动减速器9 旋转，通过主轴带动导盘工件6 旋转，完成主传动。伺服电机2、4 通过数控系统实现刀具纵向、横向进给，实现对导盘工件的加工。

机床控制原理如下:

图1 机床传动原理图

(1)控制单元采用西门子802C 数控操作系统，性能稳定、故障率低。

(2)液压系统采用经典设计，增加自动保压、停机、重启功能，降低系统的能耗，提高了系统的使用寿命。

(3)刀具纵向、横向进给采用滚珠丝杠副传动，由西门子交流伺服电机驱动。滚珠丝杠结合矩形导轨的传动方式，提高了加工精度。

(4)主轴油缸运动将滑轴前端齿与导盘内齿啮合后，电机在交流变频器驱动下带动导盘旋转，完成主传动。

(5)转动、移动接合部分的润滑采用定时间歇式自动润滑的方式。

2 电气控制系统

该机床采用西门子802C 数控操作系统控制2个伺服电机进给轴和1 个变频主轴。X 轴选27 NM电机，Z 轴选27 NM 电机，主轴选37 kW 的变频电机。主轴驱动为富士的变频器单元。西门子802C系统是西门子公司为中国用户提供的高性能价格比的数控系统。802C 系统由标准操作面板，NC 单元，PLC，机床控制面板，输入/输出单元(I/O 32 点输入、16 点输出)组成。导盘机床数控系统控制原理如图2。

图2 导盘机床数控系统控制原理结构图

3 PLC 的调试

西门子802C 系统内置PLC，采用PC/PG 编程工具。该机床采用32I/16O 输入输出模块，额定电压为直流24 V，输出负载电流最大0.5 A，最多可接该类型模块4 块，即最多可扩展至64 点输入和64 点输出，它们与ECU 共用24 V 电源，PLC 模块和ECU 模块由专门的电缆相连接。设备的输入、输出点较多，达到了最多的点数。因输出负载电流不能满足交流接触器的需要，所以PLC 只能直接驱动小型中间继电器，小型中间继电器再驱动交流接触器。在编制PLC的应用程序时，以西门子提供的PLC 程序为框架，在其基础上添加一些所需的PLC 子程序，例如:工件夹紧，主轴伸出等。

4 数控调试

4.1 安装初始文件

在制造商口令下，通过工具盒中的通讯软件PCIN，下载初始文件(Setup_ T.ini)。

4.2 机床数据(MD30000—MD38999)

轴类机床数据是对机床坐标各通道轴速度大小、方向和定位，数控机床保护，误差补偿等参数的设定。

4.2.1 设置回参考点参数

回参考点参数设置如表1所示。

表1 回参考点参数设置

4.2.2 设置软限位

为了保证不因为误操作而导致损坏机床，必须设置一些软限位保护，如:

MD36100 轴负向软限位值

MD36110 轴正向软限位值

5 数控程序

该数控导盘机床采用西门子802C 数控系统。选用半径为R10 的圆头车刀，切削加工时，由于刀具半径的存在，刀具中心轨迹和工件轮廓不重合，机床实际控制的是刀具的中心轨迹，因而按刀心轨迹进行编程，把导盘加工轨迹偏移一个半径值所得的轨迹即为刀心轨迹。每次磨损而需要修复的导盘，因磨损情况而定，少走一刀就会降低一定的成本，为此编制了专用的加工程序。图3所示为导盘工件图。

图3 导盘工件图

加工该导盘程序如下:

G95(指定进给为mm/r)

G90 M03 S12 T1D1

G04 F20(暂停20 s，等待主轴转速恒定)

G54

G00 X10 Z0 F1.2(快速进刀定位)

G01 X0 Z0(到达点a)

G01 X0 Z－7.89(从点a 到点b)

G02 X－37.72 Z－44 CR=44(加工半径为44 的圆弧即从点b 到点c)

G02 X－22.76 Z－72.49 CR =58(加工半径为58 的圆弧即从点c 到点d)

G01 X－22.76 Z－77(从点d 到点e)

G01X－22.76 Z－78

G00 X30 Z0(退刀)

M02(程序停止)

6 结论

西门子802C 系统是高性能价格比的数控系统。该数控导盘机床控制单元采用西门子802C 数控操作系统，性能稳定，故障率低。机床的重复定位精度达到0.008 mm，表面粗糙度达到Ra1.6 μm。提高了导盘的加工质量和加工效率。该机床获得了国家实用新型专利，已投入批量生产，应用于无缝钢管生产企业，并为生产企业创造出了良好的经济效益。

【1】刘怀兴，夏田.数控机床系统设计［M］.北京:化学工业出版社，2005.

【2】高枫，肖卫宁.数控车削编程与操作［M］.北京:高等教育出版社，2005.

【3】张超英，谢富春.数控编程技术［M］.北京:化学工业出版社，2003.

【4】沈建峰.数控车床编程与操作实训［M］.北京:国防工业出版社，2005.

【5】西门子股份公司.SINUMERIK 802C 车床操作编程手册［M］，2009.

【6】罗学科，谢富春.数控原理与数控机床［M］.北京:化学工业出版社，2004.

【7】数控技能教材编写组.数控车床编程与操作［M］.上海:复旦大学出版社，2005.

【8】黄志辉.数控加工编程与操作［M］.北京:电子工业出版社，2006.