西門子數控系統在機床改造中的應用

一般一臺數控機床的控制系統在使用到15年左右就進入產品老化期，故障開始顯著增加，這時需對舊機床進行改造，用新數控系統替換老數控系統。改造老機床與購買新機床相比，投資較低，而且又能增強系統功能，提高機床設備的技術水平與性能，提高原機床設備的生產效率，給用戶帶來巨大的經濟效益。這些已成為人們的共識，因此近幾年來國內從事機床改造工作的企業越來越多。

　　西門子工廠自動化工程有限公司是德國西門子股份有限公司在中國自動化領域投資的第一家合資公司，獨家負責西門子公司在中國的機床改造業務。采用西門子數控系統與驅動系統對老設備進行改造是公司的主要業務之一。公司成立7年來，已對國內100多家企業的200多臺數控機床進行了成功的改造，改造過的機床有數控車床、銑床、磨床、沖床、加工中心到深孔鉆床、落地鏜床、龍門銑床和自動化生產線，為用戶取得了良好的社會效益和經濟效益，深受廣大用戶的歡迎。
　　1 數控機床改造的步驟
　　1、對一臺機床的成功改造一般分為3個階段。
　　調研及系統選型
　　改造前必須對機床的結構、性能、運行狀態、現有加工精度、特殊功能以及用戶對系統改造后要求達到的性能進行詳細了解。數控系統主要由控制、驅動和測量系統3部分組成。究竟是整體改造還是局部改造取決于上述3大系統的狀況以及用戶的經費。
　　系統的選型與配置需綜合考慮機床狀況、用戶對功能的要求、改造經費及各種數控系統的特點。系統配置時，需對電纜長度、電機扭矩及額定轉速、主軸功率、系統安裝空間等細節予以充分考慮。
　　2、準備階段
　　準備階段的工作包括改造部分電路設計、控制程序編制及技術培訓。電路設計主要是設計新系統硬件與非改造部分的接口，然后根據加工時機床動作的控制邏輯，對PLC進行編程，確保機床動作正確并實現最佳控制，在可能的條件下進行實驗室模擬。為了保證用戶能正確使用、編程與簡單的維修，需要對用戶進行操作、編程、維修等培訓。
　　3、安裝、調試、驗收
　　現場安裝指安裝新系統，部分或全部更換強電回路，重新設計機床操作面板，制作新法蘭盤與聯軸節，輸入輸出線改接等。
　　完成上述工作后，即可通電調試機床，優化機床參數，調試各軸動作及輔助動作等。調試結束后，應進行試加工，考機并最終驗收。
　　2 西門子數控系統簡介
　　我們推薦西門子數控系統SINUMERIK 840C，840D，810D，802S，FM/NC，WF以及驅動系統SIMODRIVE 611A，611D，6RA24用于老系統的改造，它們能滿足各種要求。
　　1、SINUMERIK 840C+SIMODRIVE 611A/D。840C是西門子公司的超級全功能數控系統，最多控制30個軸(其中最多6個主軸)，具有5軸聯動，藍圖編程，三維圖形模擬，6個CNC通道，多CPU，網絡接口等功能，PLC為功能強大的PLC135WB2。可控制模擬驅動、數字驅動或兩者混合控制，特別適合于高級復雜數控系統的改造。
　　2、SINUMERIK 840D+SIMODRIVE 611D。840D是先進的全功能數字式數控系統，整個CNC(包括集成式PLC)縮小為單個模塊并集成于驅動系統中，中英文操作顯示，最多控制31個軸(最多31個主軸)，PLC為S7-300，強大的插補功能使它能輕易完成多軸非線性插補，適合于臥式加工中心、龍門鏜銑床、磨床、數字化機床及其他專用機床改造的要求。
　　3、SINUMERIK 810D+SIMODRIVE 611D。810D是全新數字化構造的控制器，包括NC，PLC和5軸(1個主軸)數字閉環系統控制(3個已內裝的功率部件)。適合于小型車床、銑床、磨床或加工中心的全面改造，性能可靠。
　　4、SINUMERIK FM-NC+SIMODRIVE 611A。與SIMATIC S7-300一起使用，體積最小，最多控制5軸(1個主軸)，可配用步進電機，中英文操作顯示。特別適合于只改造數控系統而保留模擬驅動的場合，廣泛用于數控車床、銑床、磨床及立式加工中心的改造。
　　5、SINUMERIK 802S，是步進電動機控制系統，專門為經濟型的數控車床、銑床、磨床及特殊用途的其他機床而設計的。
　　6、SIMATIC S7-300，M7-300。在一些PLC邏輯控制的機床改造中，S7-300及模塊化工業計算機M7-300以配置靈活、使用方便、價格低廉的特點得到了廣泛應用。
　　3 數控系統改造的類型
　　按照原機床所使用的系統的情況，數控系統的改造可分為以下幾種類型。
　　1、原機床為普通機床
　　普通機床價格便宜，操作方便，但其所能進行的加工工序簡單，效率低，對操作者的熟練程度要求較高。將普通機床改造成數控機床，不但可提高加工效率，增加加工復雜型面等功能，還可實現多臺機床與上位機的聯網，利用CAD等技術增強機床的加工能力。
　　將普通機床改造為數控機床，要同時進行機械改裝和增加數控系統的工作，其中機械改裝的工作量相對要大一些。
　　機械改裝包括：
　　a 拆除原機床的部分齒輪傳動鏈；
　　b 將普通絲杠換為滾珠絲杠；
　　c 制作法蘭盤，安裝新電機。
　　這種類型的改造由于原機床價格本身就已很便宜，改造所選用的數控系統一般為步進電機或低檔次的交流伺服系統。如西門子的802S就是一種很適合于這種改造類型的步進電機控制系統。802S系統的特點是：
　　a 中英文菜單顯示，安裝調試簡便、快捷，操作編程簡單；
　　b 目前使用的步進電機扭矩最大可到25N·m，適用于絕大多數普通機床；
　　c 有車床型、銑床型等多種類型。
　　這種類型的改造周期短，現場調試時間1至2天即可，價格便宜，難度小，適合于對大批量機床的改造。
　　2、原機床使用的是西門子公司的老數控系統
　　西門子公司作為世界上最早開發研制數控系統的公司之一，在七八十年代陸續推出了SYSTEM5，SYSTEM6，SYSTEM7，SIN3，SIN8，SIN850，SIN880等多種數控系統，在世界范圍內得到了廣泛應用。隨著時間的推移，這些系統逐漸進入了老化階段，故障率逐年上升，所需備件越來越難于及時供應且價格較高。
　　對使用以上西門子系統的機床，若能用西門子新數控系統如SINUMERIK FM-NC，840C，840D等來進行改造，不但可以大大降低故障率，免去備件供應的后顧之憂，而且由于新系統具有的一些新功能，如中文界面，網絡接口，遠程診斷等，可以使老機床經改造之后上一個檔次。
　　這種類型的改造我公司已完成了數十臺，都取得了圓滿成功，如在哈爾濱某工廠用SINUMERIK 820替換SYSTEM7 系統的車床改造，在上海某公司用SINUMERIK 840C替代SIN8系統的深孔鉆改造，在南京某汽車公司完成的WF723+OP27替代WF726+WF785的專用鏜床改造等等。
　　這種類型改造的特點是：
　　a 由于西門子產品結構、性能、使用的延續性，改造時除了將新、舊系統的接口進行轉換外，原機床的PLC程序設計思想將被完全保留，原機床廠家的控制邏輯不會被改變，這一點對大型、復雜機床的改造特別重要。如我們在某廠完成的一臺SINUMERIK 840C改造SIN8系統的項目，原機床有9根伺服軸，極其復雜的冷卻控制，自動測量，五軸聯動，附件頭更換，手動、自動兩套控制邏輯切換等，如果我們重新編制PLC程序，若沒有原廠家工程師的幫助是難以完成的。
　　b 可以采用只改控制部分或控制部分、驅動系統全部改造兩種方式，靈活性較大。
　　c 可以充分利用原有的器件，如電纜、插頭等，從而減少這部分改動所需的時間。這種類型的改造一般周期不會太長，把握性大。
　　3、原機床使用的是非西門子數控系統
　　在國內早期購進的數控機床中數控系統種類比較多，有些數控系統由于生產廠家實力有限，產品不成熟，問題較多；有些數控系統的生產廠家已經不存在了，無備件供應；有些廠家的新數控系統控制部分和驅動部分是一體的，不能滿足有些用戶只想改造其中某一部分的愿望。
　　西門子的新數控系統功能強大，檔次齊全，可以解決以上所有問題。
　　這種類型的改造特點是：
　　a 改造對象一般為數控車床、加工中心等通用、不特別復雜的機床。我們曾改造過一臺美國產MCN20加工中心，該機床有X、Y、Z、B、主軸等5根軸，48把刀鏈式刀庫，雙工作臺，數控系統及驅動系統均為機床廠開發的產品，1981年產，1995年作為二手設備引進，因無備件已停機一年。改造采用西門子SINUMERIK 840C，原驅動系統保留，安裝、調試及驗收共4周時間，投入使用后效果良好。
　　b 由于重新設計機床的整個控制邏輯，改造所需時間稍長。
　　4 原機床使用的是專用控制系統,
　　專用控制系統由于控制對象單一，需要專門設計，一般價格比較昂貴。用西門子通用數控系統進行改造可降低成本，提高可靠性。不過專用控制系統的控制對象一般是沖床、磨床等，這類機床本身就屬于復雜機床類，加上專用控制系統，改造難度大。
　　我公司近年來完成了多臺這種改造項目，如珠海某廠的專用沖床改造、南京某汽車廠的開卷線改造等。
　　這種類型的改造特點是：
　　a 改造后的機床可以達到原機床的性能，但很難超過。
　　b 有一定的風險。專用系統可對某些信號進行特殊處理，實現某些特殊功能。如果改造前對原系統認識不足，性能了解不全面，很可能導致整個改造項目的失敗。
　　c 用通用系統替代專用系統，費用可大大降低，如我公司在南京做的開卷項目用WF通用模塊，改造費用不足專用系統的1/2。
　　總體來講，西門子數控系統由于它本身所具有的優勢，在國內的機床改造市場中占有了領先地位，得到了廣泛應用，正受到越來越多用戶的歡迎。