SINUMERIK 840DSL在大型卧车上的应用

周家刚 万杰

摘 要：本文通过一台卧车的设计调试，介绍了SINUMERIK 840D sl数控系统的配置、部分参数设置。

关键词：SINUMERIK 840Dsl； 卧车；数控

一、项目简介

随着社会经济的发展，能源需求不断增加，能源格局不断优化，清洁能源的需求比例将增加，其中核能发电是其中重要的组成部分。东汽投入了核能发电的技术研究，并且技术处在全国同行前列，为此，东汽从软件硬件方面进行了布局，专门修建了核电厂房，前期已经投入建立安装了INNSE BERARADI 260镗床，科堡27米龙门铣，大型轮槽铣CX056及350T大高动等为核电生产的设备，但还缺一台加工核电转子的大型卧车，其成为制约CAP1400等核电汽轮机制造的装备瓶颈。

二、项目方案系统构成

1、主轴技术方案

这个项目为大型卧车，主轴拖动的转子是300吨级的核电转子，需要很大扭矩的电机和传动比很大的变速箱才可满足要求，但是现实中很难实现。

我们与德国SAFOP公司合作，经过他们的测算决定采用双电机拖动，既增加扭矩又可以起到反向消隙的作用，主轴轴承使用静压轴承，进一步减小摩擦，最终用两台1080NM伺服电机拖动转子，满足工作实际情况。

2、数控系统选择

SINUMERIK 840D sl 是一款功能强大的数控系统，也是西门子近几年力推的数控系统，能完美胜任各种苛刻的应用需求。具有模块化、开放、灵活而又统一的结构，为使用者提供了最佳的可视化界面和操作编程体验，及最优的网络集成功能。本项目采用西门子840D sl 数控系统。

3、数控系统方案配置

该卧车运动坐标主要有主轴，X轴，Z轴，主刀板Y1轴，副刀板Y2轴，以及尾座、中心架等，尾座及中心架执行机构采用普通三相异步电动机，逻辑由系统PLC的控制，主轴S，X轴，Z轴，主刀板Y1轴，副刀板Y2轴采用伺服电机执行，其中主轴是双电机驱动，统一接受数控系统控制。

三、控制系统完成的功能

机床由两家公司合作完成，其中主轴箱由德国SAFOP设计制造，床身、刀架、尾座及中心架由国内公司设计制造。

1、国内设计制造部分

该机床尾座套筒快速移动电机和慢速移动电机均由软启动器控制，经减速箱到传动机构；中心架设计两个，布置于床身前后，程序设计时必须要在中心架工作时才能加工转子，防止转子轴颈拉毛；尾座和中心架都由分布式PLC ET200控制运行逻辑。

2、主轴箱部分

主轴箱由德国赛弗公司提供，液压系统比较复杂，控制部分主要由10个变频器控制10个液压腔，两台主轴伺服电机由两套S120功率模块驱动，PLC CPU采用CPU315-2PN/DP，两台主轴电机采用主从功能控制，通过通信网络受840D sl系统控制。

3、项目中关键部分调试

（1）主轴双电机调试

双电机驱动系统通过控制两台电机的输出力矩，达到消除传动间隙并分担负载的目的，是提高系统机械精度的有效方法。双电机驱动用西门子数控系统具有的主从控制功能实现的，主从控制就是主动轴和从动轴速度设定点的耦合，包括用于均衡扭矩分配的扭矩补偿控制器。

两台伺服电机分别驱动两个初级齿轮，电机与初级齿轮为直接连轴，无传动间隙，由初级齿轮至输出齿轮的各级齿轮的传动间隙之和简化为单级传动的间隙。消隙系统在伺服运行过程中，采用对两台伺服电机进行联动控制，使各级齿轮始终保持单面贴合，从而精确地传递扭矩、速度或位移。并且在保证无间隙传动的同时，具有良好的伺服精度和快速响应特性。

（2）主轴箱与床身床尾的通讯调试

主轴箱与床身由两家不同公司设计制造，控制系统只有一套，两者之间必须建立通信，接受控制系统的统一指挥。本项目采用DP/DP COUPLER将两套PLC CPU通讯建立起来。

DP/DP Coupler 连接两个网络的配置对于DP/DP Coupler 連接的两个网段，通讯速率可以不同，因此DP/DP Coupler 非常适用于不同通讯速率的两个Profibus‐DP 主站系统之间的数据通讯，但是对于通讯数据区，网络1 的输入区必须和网络2的输出区完全对应，同样网络2 的输入区必须和网络1 的输出区完全对应，否则会造成通讯故障。在每个网络中，都当做一个从站来配置。两个plc网络中，配置的从站信息，必须保持一样，除了站地址号。从站地址号可以独立配置，直接修改dp coupler的地址拨码。

四、项目运行

两年来已加工核电转子6根，均符合工艺精度要求，运行平稳，设备精度高，获得使用者的好评。本项目获得东汽科协2015年度金桥奖，设备已成为东汽关键重点设备。

五、应用体会

SINUMERIK 840D sl数控系统已广泛应用于各行各业，其性能优越，具有很好的开放度，编程方便，其模块化的设计对维护维修带来极大的便利，其多种通讯协议的集成方便与外部扩展。本项目由国内外厂家合作，机床控制通过网络协议集成到一个控制系统，完美实现了各项功能和控制精度。

参考文献：

[1]西门子公司.DOConCD SINUMERIK L.2006.4

[2]西门子公司 .SINUMERIK 840Dsl LISTS .2006.4

[3]谢峰，梁立新.结构消隙的方法及应用.2011.2

[4]薛汉杰.双电机消隙的应用.2009