浅谈840D数控系统在接箍车床中的应用

吴四海等

摘 要：文章主要介绍了西门子840D数控系统在数控车床中的应用，介绍840D数控的控制原理、系统构成和性能概述，以及在实际应用过程中的一些维护经验。通过文章的介绍，希望对相关工作起到借鉴的意义。

关键词：数控系统；NCU；控制原理

前言

MPM-C13接箍车丝机是生产接箍工件的主要设备，由此设备构成的接箍线年创产值近亿元，采用840D与SINU-MERIK_611数字驱动系统和SIMATIC S7可编程控制器一起，构成全数字控制系统，大大提高了机床的效率，降低了机床的操作难度，也提高了加工的精度。

1 840D数控系统组成

840D数控系统由数控及驱动单元（NCU），MMC，PLC模块三部分组成。在集成系统时，总是将SIMODRIVE611D驱动和数控单元NCU并排放在一起，并用设备总线相互连接。

1.1 NCU（Numerical Control Unit）数字控制部件

根据硬件不同，NCU分为NCU561.2，NCU571.2 NCU572.2，NCU573.2（12轴），和NCU573.2（32轴）等若干种型号。NCU单元中集成有SINUMERIK 840D数控CPU和SIMATIC PLC CPU芯片。

1.2 MMC（Man Machine Communication）人机通讯

人机通讯负责NC数据的输入和显示。

包括三部分： OP（Operation Panel），MMC，MCP。

1.2.1 OP 操作面板

OP单元和MMC构成机床系统与操作者之间的交换界面。建立的条件是SINUMERIK 840D数控系统应用的是MPI（Multiple Point Interface）总线技术。

1.2.2 MMC

MMC实际上是一台计算机（PCU）。目前有三种PCU模块PCU20、PCU50、PCU70。一般最常用的有MMC102.2（对应于PCU20）及MMC103（对应于PCU50、PCU70），MMC103接口X3与OP031通过MPI总线连接，MMC103接口X4与MCP接口X20相连通过MPI多点通信协议与NCU接口X101连接。

1.2.3 MCP 机床操作面板

MCP是专门为数控机床而配置的操作面板，它是通过MPI总线连接于数控系统。有车床版MCP和铣床版MCP两种，我厂采用车床板操作面板。

1.3 PLC模块

SINUMERIK 840D数控系统的PLC部分使用的是西门子SIMATIC S7-300的软件及模块，在同一导轨上从左到右依次是电源，接口模块及信号模块。PLC的CPU与NC的CPU是集成在NCU中的。电源模块是为PLC和NC提供电源+24V和+5V。接口模块是用于级之间互连。信号模块是用于机床PLC输入/输出的模块。

2 现场MPM-C13车床的应用

MPM-C13车床主要用于对接箍工件加工，车丝机由机床本体、主轴箱、刀架、翻转卡盘、液压站、铁屑输送器、冷却装置、机械手等几大部分构成。该机床采用SINUMERIK 840D数控系统，数控系统通过总线与CRT、MCP、MMC103、S7-300和ET-200 PLC相连。

2.1 加工程序

接箍加工主要通过编制执行加工程序实现，编程语言N程序编号地址，10程序段编号，G预备功能，X/Y/Z位置数据，F进给，S主轴速度，T刀具编号。

2.2 PLC程序

主要通過刀台旋转控制程序来分析其应用。

当执行M06 Txx指令时，DB21.DBX61.0换刀脉冲来，同时刀号赋值到DB21.DBW119中，可以按位读出，如表1。

在S7-300的PLC中通过译码读出的DB21.DBW119各个位的逻辑关系组合成不同的条件，作为刀台旋转的目标刀位，同时发出请求信号，我厂程序为M160.0为1号刀请求，在程序中编制安全保护条件满足的同时启动刀台旋转，刀台旋转共分4个步骤：（1）刀台启动，运行阀得电。（2）判断-1位置，条件满足减速阀得电。（3）判断位置信号刀位。（4）压下锁紧。通过一系列梯形图逻辑，实现了刀台的手动、自动旋转控制。

3 维修中积累的经验

经过多年对840D数控系统维护，积累了一些经验，小结如下。

3.1 840D系统具有诊断功能可以很方便的通过诊断画面监视各关键点的状态

MENU SELECT->诊断->PLC状态->即进入诊断画面

（1）右面符号软键可以选择显示“符号/地址”，E开头时带注释 I开头时不带注释。

（2）诊断画面有文件功能软键

按“文件功能”->把光标移到下面的框内->按“SELECT”键可以选择各个组（刀台、卡盘等）->按“装载”，可以装载选择组的数据到PLC状态中进行监视->按“是”。

3.2 840D单个文件备份

单个文件备份时是每个轴每个通道的备份。

MENU SELECT->启动->机床数据->文件功能->进入备份对话框可以选择通用NCMD/通用机床数据/轴机床数据/驱动机床数据等几项（显示数据没什么用）->存储->选择“是”

此时将所选择的数据备份到了“NC-生效-数据”目录下的机床数据中MENU SELECT->服务->数据输出->磁盘->启动

3.3 S7归档

进入S7-300程序->打开所用的程序->点“FILE”->Archive->ok->选择U盘的目录->输入文件名->SAVE

3.4 返参考点过程及相关参数

3.4.1 按“REF”再按“+”执行返参考点操作，轴开始移动找REF CAM（减速挡块）

此时相关参数34010=0

34020=1000 快速速度

34030=1000000 返参最大位移量

3.4.2 压上减速挡块后，减速找编码器“0”位脉冲

此时相关参数34040=300 爬行速度

34050=0 感应减速后向后找

34060=20 在编码器两圈内找 2*10=20

3.4.3 停止在参考点上

此时相关参数34070=300 定位速度

34080=0 栅格偏移量

34090=0.71 偏移量补偿

4 软件相关

SINUMERIK 840D的软件主要处理NCU和PLC之间，PLC与MMC之间的接口信号，NC的参数配置（包括各种补偿）以及PLC报警文本。NC、PLC和MMC之间既相互独立，又相互联系，彼此交换信息。

840D数控系统为设计人员提供了大量的接口控制信号，如：PLC-NCK控制信号、PLC-MMC控制信号、MMC-NCK控制信号。主要用到的接口信号有：轴的控制信号、急停信号、复位信号、硬件限位开关，参考点信号、程序控制信号等。

5 结束语

西门子840D数控系统是目前较为先进的控制系统，其程序设计简单，维护方便，尤其是自定义界面和循环程序的应用，使机床操作更加便捷智能。在MPM-C13车床的应用也为改造大中型数控机床提供了宝贵的经验。