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。以至最后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/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、抗干扰能力强、操作 方便。深受操作工和维修人员的欢迎和好评。

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