德国科堡20—10FP数控龙门铣床电气系统改造

王连富

摘 要：结合该机床的电气系统大修改造实例，详细介绍数控机床电气大修改造的过程，以及数控机床电气改造中的需要注意的事项。通过文章的介绍，希望对相关工作起到借鉴的意义。

关键词：数控龙门铣床；西门子840D数控系统；电气系统改造

20-10FP数控龙门铣床是1988年从科堡机床厂引进的一台数控机床，该机床数控部分使用西门子的8MC数控系统和S5-115U可编程序控制器，驱动部分使用西门子的SIMOREG 6RA26系列可控硅直流调速系统、1HU3系列直流伺服进给电机和Kessler直流主轴电机，位置反馈部分使用的是海德汉公司的光栅尺和编码器。经过20多年的运行，电气系统、数控系统已经严重老化，所以该机床在日常工作中故障频繁，因此决定对该机床的数控和电气部分进行改造。

1 技术准备

1.1 确定改造方案

选用德国西门子的数控系统、驱动系统、可编程序控制器和海德汉公司位置反馈装置，数控部分选用840D数控系统和S7-300可编程序控制器，驱动部分选用611D交流伺服控制系统、1FT6进给电机和1PH7主轴电机，位置反馈部分进给轴选用海德汉的LB 382C光栅尺和ROD 486编码器，主轴选用西门子的6FX2001增量式编码器。

1.2 制定采购计划

确定数控改造方案后，就可以参照机床相关参数确定数控系统和电机的数量、容量，以及位置反馈系统的长度和分辨率，制定采购计划。

做好数控件采购计划后，接下来要做的就是常规件的选择，首先要统计出机床使用的各种控制、检测元件和各类辅助电机、执行元件的种类、数量、电压等级和负载等级等一些相关数据，按照该数据计算出PLC的输入、输出点的种类和数量，并按照与数控件选择的同样方法制定出采购计划即可。

1.3 图纸、程序的设计

电气图主要包括：配电柜元件位置图、电气原理图和机床走线图，配电柜元件位置图主要是依据配电柜尺寸和所有元件的尺寸合理设计出元件在配电柜内如何摆放；电气原理图要根据统计出来的机床轴、机床辅助电机和各种电器元件来绘制出机床的主回路、控制回路、数控部分、驱动部分和PLC输入、输出部分的图纸，并将线号与坐标标识清楚；机床走线图就是要绘制机床所有电气元件的连接位置，连接中使用的端子板、插头插座等连接件的标识和连接线号，以便在日后维修工作中方便查找元件位置。

PLC程序的编制需要结合机床的实际控制、保护等动作，将机床原始的PLC程序进转化和更新，并结合新的PLC程序重新编辑报警文本。

图纸、程序的设计不可能一步到位，还需要在后期的调试过程中不断地完善和补充，在机床交付用户使用之前最终完成。

2 电气柜、操纵盘的准备和预调试

电气柜和操纵盘的装配，要根据空間合理的安排各种电器元件的固定位置，按照事先设计的电气原理图进行电路的连接，连接时一定要做好所有电气元件的接地保护。装配完成后需要对柜内的所有元件进行接地测量，防止错误的连接导致电气元件接地。

预调试工作首先要进行外部的连接，将操纵盘、PLC从站、伺服电机和电柜内的数控系统和PLC总站进行连接，并进行硬件上的地址分配，上诉工作都做好后就可以送电了，送电后首先要将编程器和数控NCK进行连接，建立通讯后将PLC组态和程序传到PLC中，然后就要对数控系统进行一些基本的设置，以满足预调试的需求。

2.1 第一步：对定义轴参数的设定

MD 10000 [N] 定义机床轴的名称

MD 20050 [N] 定义几何轴，每个机床至多有三个几何轴

MD 20060 [N] 定义几何轴的名称，只能使用X、Y、Z定义

MD 20070 [N] 分配通道轴给通道

MD 20080 [N] 定义通道轴的名称

2.2 第二步：对电机进行配置

（1）启动→（2）机床数据→（3）驱动数据→（4）电机控制器→（5）电机选择→（6）按电机铭牌选择正确的电机→（7）选择编码器的种类设定正确的分辨率→（8）保存文件→（9）选择其他轴执行（4）到（8）的操作→（10）配置完所有的轴后进行NCK复位

2.3 第三步：对功率模块进行选择配置

（1）启动→（2）机床数据→（3）驱动器配置→（4）为每个槽指定驱动器号→（5）插入模块→（6）选择正确的驱动类型→（7）按驱动器铭牌选择正确的功率→（8）激活驱动器并保存数据→（9）选择其他轴执行（4）到（8）的操作→（10）配置完所有的驱动器后进行NCK复位。

2.4 第四步：分别针对各轴进行参数的设置

MD 30130 =1给定值的类型

MD 30200 =1测量系统数量，预调试为半闭环测量系统数量为1

MD 30240 测量系统的类型，半闭环时由电机编码器类型决定

主轴参数的设定

MD 30300=1 为旋转轴

MD 30310=1 为模态旋转轴

MD 30320=1 显示以360度为模

MD 35000=1 第一主轴

2.5 以上配置完成后还在PLC程序中将一些控制功能强制置1，在OB1中编写程序如下

SET

=DB3*.DBX1.7 倍率激活

=DB3*.DBX2.1 控制器使能

=DB3*.DBX21.7 脉冲使能

=DB3*.DBX1.5 测量系统1生效

做完以上的工作后将报警文本传入，然后调试控制回路，此时只需要继电器的动作正常即可，数控调试要调试各轴电机的启动停止、正反向、升降速等功能，并随时观察电机的状态，正常后就可以进行现场安装调试了。

3 现场调试

现场调试需要将机床的所有外部元件与配电柜或PLC从站进行连接，电气元件的接线一定要做到线号准确、接地牢靠，接线完成并确保所有元件不接后就可以送电了。

送电调试要按部就班进行，首先要依次启动液压站和各部位的油泵，确保所有油路畅通，也要检查压力是否达到要求，并确保流量和压力检测点正常，液压回路正常后就可以带负载调试各轴的半闭环，由于已经做过预调试，所以带载调试时只需观察机床的实际运动方向与操作是否一致，并全程观察电机的温升和电流，如果电机温度、电流过高就说明机械负载太重，需要及时处理。全闭环调试时，要再设定一些与全闭环运行相关的机床MD。

3.1 通用轴MD

MD 30200 =2测量系统数量，全闭环测量系统数量为2

MD 30240 测量系统的类型

MD 31000 反馈元件类型，0为线性，1为旋转

MD 31040 反馈元件安装位置，0为电机，1为机床

MD 31030 丝杠螺距

MD 31050 负载传动分母

MD 31060 负载传动分子

MD 31070 测量系统分母

MD 31080 测量系统分子

以上参数在设置下标[0]为第1测量系统，下标[1]为第2测量系统。

3.2 主轴全闭环参数

MD 35110[N]换档最大速度

MD 35120[N]换档最小速度

MD 35130[N]档位最大速度

MD 35140[N]档位最小速度

MD 35300定位速度

MD 35400摆动速度

MD 35440正摆时间

MD 35450反摆时间

其中[N]为主轴档位0、1为1档。

以上参数设置完成后就可切换到机床的全闭环状态进行调试。机床主體调试完成后，要进行调试的收尾工作，调试机床照明、刀具冷却和机床排屑等辅助功能。

4 结束语

机床改造是一项极其细致的工作，需要机械、液压和电气的全程通力合作，只有共同探讨研究，共同解决问题才能更快、更好、更细致的完成工作，此次改造项目的顺利完成也在数控机床改造方面打下了更坚实的基础。