用西门子840D系统改造S40-105 卧式加工中心
0引言
90年代，我单位从美国引进一台devling-sund- strand机床公司生产的卧式加工中心。型号为s40- 105,数控系统为者cnc500,两交换台630x630 mm，刀库为链条式,容量为72把刀。引进后发现机 床稳定性差，故障率高。时有刀库定位不准，主轴准 停无动作，系统经常引导不成功。以至后cnc无 法进入引导程序启动机床。停机一年多后，于2003 年提出对此机床进行改造。更换新的数控系统。
1方案选择
改造s40-105卧加，方案如何选择这是摆在我 们面前的一个主要问题。s40-105,它含主轴、x、y、 z、b轴及刀具和交换工作台的控制。x、y、b轴配光 栅尺全闭环，系统带硬盘及软驱。
性价比是关键。操作、编程简单方便、维修容易 上手，这也是必须顾及的问题。经过调研，对国内市 场占有量较大的多家国外公司的数控系统进行全 面比较后，我们选用了西门子840d系统。理由：1) 西门子840d提供全中文操作、编程、维修的中文资 料，且人机对话的功能很强、很直观，深受操作者欢 迎。2)西门子系统刀具长度补偿自动激活，不需在 程序中编相关的执行刀具长度补偿的指令，防止了 由于漏掉或写错刀具长度补偿语句时造成撞机故 障。3)西门子840d有很强的编译预处理功能(40段程序段），避免了由于编程超程而引起的撞机事 故发生及程序段的错误提前报警提示。4)数控系统 功能模块化,pr0fibus总线控制。西门子840d数 控系统有控制2个轴到可控制31个轴的多种ncu 模块提供选择。硬件连接简单，扩展容易。可编程控 制器plc为s7-300,开放性很强。标准配置很全， 无需选择“选择功能”。性价比高。
我们和北京凯普精益机电技术公司共同合作 完成s40-105加工中心的改造任务。
2系统硬件组成
1) ncu571.3.数控单元
ncu 单元集成了 sinumerik840d 数控 cpu 和s7-300的plc cpu芯片，包括数控软件和plc 软件。
2) 人机交换装置mmc
pcu50人机对话单元。它本身就是一台带硬盘 的计算机(nt/xp操作系统），内置网卡、软驱。
op010:操作面板及显示单元。建立起sinu- merik840d系统与操作人员之间的交互界面。
3) 驱动装置
全数字伺服驱动装置sim0drive611d配以 1fk进给伺服电机和1ph的主轴电机 611d msd 主轴伺服模块:6sn1123-1aa00-0la1 主轴电机：1ph7133-2ng02.-0b00 611d fdd 交流伺服模块:6sn1123-1ab00-0ca16sn1123-1ab00-0ca1
伺服电机：1卩1^6101-8人1^1-1八入0〇(、
y、z、b 轴）
y轴带制动器 4)可编程控制器plc
sinumerik840d 系统集成 s7-300 的 plc,并 通过通讯模块im361扩展外部的i/o模块。开放性 很强。
改造中还更换了刀库编码器，主轴定向用编码 器。
3系统软件设计
1)plc程序设计是数控改造的主要工作。
plc程序是连接nc和机床的桥梁。它是实现 机床的辅助动作顺序逻辑控制的核心。s7-300的 plc程序的结构由块组成。西门子840d已为用户 提供了一些标准的功能块，供用户选用。我们在 plc程序中设计了标准功能块、plc初始化块、主轴 控制块、刀库位置更新块、工作台自动交换块、工作 台手动交换块、刀库自动控制块、刀库手动控制块、 刀具自动交换块、刀具手动交换块、报警处理块等 功能模块。
举例工作台交换控制
交换步骤为11步：（1)工作台上升(2)机床门 开(3)拖架伸出到机床侧，取机床上的工作台(4)工 作台下降，将工作台放到拖架上(5)拖架缩回，取回 工作台(6)a台和b台交换(7)拖架伸出，将新的工 作台送至机床（8)工作台上升，取下拖架上的工作 台(9)拖架缩回（10)工作台下降（11)机床门关。调 用m29指令激活工作台自动交换。
工作台自动交换子程序如下：（用m39调用） proc palletch save displof sbl0f g500 do
supa g01 z=-0.961 f=2000;z 轴工作台
交换位置
supa g01 x=-50.635 f=2000;x 轴工作
台交换位置
supa pos [b] =dc (359.032); b 轴工作台 交换位置
g04 f3
m29 激活工作台自动交换
st0pre
sbl0n
m17
m29第6步a台和b台交换程序设计如下
a
m80.5
jcn
nxt6
r
db2-dbx192.4
a
m81.6
a
136.6
r
q44.0
s
q44.1
a
m81.7
a
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s
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r
q44.1
a
m81.6
a
137.0
an
137.1
a
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l
s5t#3s
sd
t35
a
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r
m80.5
s
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r
m81.6
a
m81.7
a
t30
s
db2-dbx192.5
a/b工作台交换动作在监控时间内来完成
2)cape manager(凯普管理器)设计 用户通用数据设置：主要设置了主轴刀号、机 械手刀号、刀库当前所在位置、当前工作台a台在 机床上、当前工作台b台在机床上5个信息。主要 解决换刀故障和判断工作台a台、b台的位置，以 便正确的调用加工。
用户设定数据设置：它包含刀具交换时是采用随机方式或是固定方式的选择;未回参考点是否允 许nc启动以及系统中需要的时间定时器时间的设 定等数据。
刀具管理器：当系统启用了随机刀位换刀功 能，则必须使用刀具库管理器。 4联机调试
plc程序编制完成后，进行联机调试。（见系统 结构图）
首先应按西门子840d系统硬件的连接要求， 将各功能模块正确连接，确保无误。然后对nc系统 参数及机床各数据进行正确设置，调试中对有一些 参数随时进行修改，使其满足机床的要求。再对伺 服系统参数进行优化。调试过程中外围的问题比较 多,需要一定的时间加以解决。
在机床正常动作调试完成后，我们用雷尼绍公 司的激光干涉仪对机床数控轴的定位精度，重复定 位精度进行了测试、调整、使其满足设计要求。
5使用效果
机床改造于2004.05.正式交付使用。运行至今 故障率比过去大大降低。其发生的故障均是外围的 开关、电磁阀的问题。西门子840d系统及驱动装置 均未出现一次故障。
我们认为用西门子840d改造后，保证了 s40- 105机床的精度髙、可靠性好、抗*力强、操作 方便。深受操作工和维修人员的欢迎和好评。
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1方案选择
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1) ncu571.3.数控单元
ncu 单元集成了 sinumerik840d 数控 cpu 和s7-300的plc cpu芯片，包括数控软件和plc 软件。
2) 人机交换装置mmc
pcu50人机对话单元。它本身就是一台带硬盘 的计算机(nt/xp操作系统），内置网卡、软驱。
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3) 驱动装置
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y、z、b 轴）
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交换位置
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