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董新錄

男，1999年畢業(yè)于鄭州大學(xué)自動(dòng)控制專業(yè)，電氣工程師。

摘要：本文介紹了數(shù)控磨床的改造方案實(shí)例，成功將一臺(tái)快要淘汰的舊磨床改造成為一臺(tái)高效率的數(shù)控軋輥磨床，設(shè)備生產(chǎn)能力明顯提高，具有借鑒和推廣意義。

關(guān)鍵詞：數(shù)控磨床；人機(jī)通信（MMC）；優(yōu)化；數(shù)字控制（NC）

Abstract: Innovation example of CNC roll grinding machine is introduced in the article. 
An efficient roll grinding machine is reconstructed from the outdated equipment, 
and its productivity is improved greatly. It will have the wide applications and can be considered as 
a reference.

Key words: CNC roll grinding machine; MMC(Man Machine Communication); Optimize;  NC(Numerical Control)

1 前言

    安鋼二軋廠原有軋輥磨床是1996年意大利INNSE公司生產(chǎn)的數(shù)控磨床，使用至今，由于缺少完整系統(tǒng)的大修，維護(hù)保養(yǎng)不夠，并且早已超過了磨床的大修周期，磨床資料、備件不完備，致使磨床故障率高，精度和效率降低，已經(jīng)不能滿足軋鋼生產(chǎn)對(duì)軋輥的需求，成為我廠制約軋鋼生產(chǎn)的一個(gè)重要因素。為此該廠決定對(duì)現(xiàn)有磨床進(jìn)行升級(jí)改造，以期滿足生產(chǎn)的要求。

2 舊機(jī)床系統(tǒng)及規(guī)格參數(shù)簡(jiǎn)介

    該舊磨床是由INNSE公司生產(chǎn)的一款RCH72" /4B×8000CNC數(shù)控磨床，共有X、Z、Y、E、V1、V2、U,共7個(gè)進(jìn)給軸和2個(gè)主軸，磨削曲線采用X、Z聯(lián)動(dòng)完成。數(shù)控控系統(tǒng)采用SIEMENS公司的SINUMERIK 840C數(shù)控系統(tǒng)和INNSE公司自行開發(fā)的INNSE電子控制系統(tǒng)，PLC采用SIEMENS公司的S5－135，進(jìn)給軸控制采用SIEMENS公司的SIMODRIVE 611A系統(tǒng)和1FT5系列伺服電機(jī)，主軸為2臺(tái)直流電機(jī)，由SIEMENS的6RA24直流調(diào)速器控制。具體性能參數(shù)如下：

    新砂輪可磨最大輥徑：1830mm

    新砂輪可磨最小輥徑：460mm

    頂尖中心距離：0—8000mm

    工件床身中心高度：1200mm

    托架承重：1500KN

    頭座和尾座中心角：75?

    托架垂直和橫向行程：5mm

    砂輪直徑：915mm

    砂輪寬度：76—152mm

3 改造方案設(shè)計(jì)

3.1 主控系統(tǒng)的改造

    首先對(duì)主控系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，摒棄市場(chǎng)已淘汰的840C和INNSE電子控制系統(tǒng)，采用SIEMENS新一代全數(shù)字分布式SINUMERIK 840D數(shù)控系統(tǒng)，PLC由原來的S5-135升級(jí)為內(nèi)置S7-300可編程控制器，機(jī)床外部的I/O接點(diǎn)通過PROFIBUS工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線傳輸?shù)街醒肟刂葡到y(tǒng)。

3.2 驅(qū)動(dòng)部分

    由于原來的伺服控制系統(tǒng)SIMODRIVE 611A是模擬系統(tǒng)，和改造后的全數(shù)字840D系統(tǒng)不兼容，故而采用相應(yīng)的SIMODRIVE 611D數(shù)控系統(tǒng)，611D驅(qū)動(dòng)采用雙軸模塊，它是新一代數(shù)字控制總線驅(qū)動(dòng)，既節(jié)省了空間又降低故運(yùn)行故障率，電機(jī)由原來的1FT5系列改為1FT6系列的伺服電機(jī)，主軸的2臺(tái)直流電機(jī)利用舊電機(jī)，把直流控制器由6RA24升級(jí)為6RA70全數(shù)字直流調(diào)速器。

3.3 人機(jī)接口及通訊

    人機(jī)接口功能由新型高性能SINUMERIK PCU50模塊完成，OP單元采用主流的OP015，操作系統(tǒng)MS-WINDOWS XP。利用西門子HMI Programming Package軟件包開發(fā)軋輥磨床專用人機(jī)接口界面，中文顯示，操作畫面簡(jiǎn)潔明了，參數(shù)調(diào)整方便簡(jiǎn)單，滿足磨削工作中各種要求，能夠?qū)崿F(xiàn)磨床自動(dòng)控制和自動(dòng)磨削測(cè)量過程的模擬顯示(動(dòng)態(tài)仿真)、曲線編程、手動(dòng)調(diào)整、測(cè)量精度顯示以及打印和存貯。

    由于SINUMERIK 840D的強(qiáng)大通訊功能，采用MPI總線，OPI總線和PROFIBUS總線多種總線技術(shù)，使得現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)和處理速度快捷、流暢，做到了機(jī)床的實(shí)時(shí)控制和準(zhǔn)確控制。

3.4 測(cè)量系統(tǒng)

    由于1FT6系列伺服電機(jī)自帶編碼器，所以幾個(gè)進(jìn)給軸直接采用電機(jī)編碼器反饋進(jìn)行控制，對(duì)于精度要求較高的磨削曲線軸X軸，除了電機(jī)編碼器反饋外，另加一個(gè)HEIDENHAIN LS106直線光柵尺，作為第二測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)控制，提高精度。卡鉗測(cè)量系統(tǒng)為3點(diǎn)式測(cè)量，分別采用3個(gè)HEIDENHAIN MT25W短光柵尺實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量。

3.5 機(jī)床診斷與報(bào)警功能

    數(shù)控機(jī)床既要求高精度和設(shè)備及人身安全，又要滿足磨削工作的高效率，所以機(jī)床必須具有完備的自診斷和報(bào)警保護(hù)功能，在這方面SINUMERIK 840D提供了全面的診斷與保護(hù)功能，每次開機(jī)，840D都要對(duì)系統(tǒng)硬件進(jìn)行自診斷，并且在運(yùn)行中對(duì)重點(diǎn)元件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，還提供詳細(xì)的NC報(bào)警與信息，PLC報(bào)警由用戶根據(jù)需要自己編寫內(nèi)容，通過PLC程序進(jìn)行監(jiān)控，報(bào)警文本可以嵌入840D在顯示器上進(jìn)行顯示，方便了操作與維護(hù)。

4 聯(lián)機(jī)上電調(diào)試與優(yōu)化

4.1 硬件的連接

    根據(jù)各部分元件的接口要求，將數(shù)控系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)單元、MMC、PLC分別進(jìn)行連接正確，驅(qū)動(dòng)總線和設(shè)備總線的連接，切記要注意電源極性的正確連接，否則可能造成設(shè)備事故或人身傷害。各個(gè)部分連接完成后，進(jìn)行互連，要注意各種總線的使用要正確，總線使用的接口要保證正確。

4.2 上電前的檢查

    在所有硬件連接完成后，為了確保上電調(diào)試的順利，要進(jìn)行最后的詳細(xì)而仔細(xì)的檢查，這是一步必要而必須做的工作，確保無誤后，才可以上電調(diào)試。

4.3 上電調(diào)試

    上電檢查各個(gè)部分正常后，首先對(duì)MMC安裝必要的系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。第一次上電，啟動(dòng)，由必要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行總清，包括NC和PLC的總清，使所有機(jī)床數(shù)據(jù)被預(yù)置為缺省值，待系統(tǒng)啟動(dòng)正常后，傳入PLC程序，當(dāng)NC、MMC、PLC都啟動(dòng)正常且通訊正常后，調(diào)試現(xiàn)場(chǎng)各部分限位及保護(hù)開關(guān)等，進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的配置，驅(qū)動(dòng)配置可以在MMC上直接完成，也可以通過SIEMENS的Symantec PcAnywhere軟件直接在PC上進(jìn)行驅(qū)動(dòng)配置，驅(qū)動(dòng)配置完成后重啟系統(tǒng)，這時(shí)驅(qū)動(dòng)模塊上的紅燈應(yīng)該滅掉，表明驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)正常，然后就可以進(jìn)行各進(jìn)給軸的試運(yùn)行了。兩個(gè)主軸直流電機(jī)控制器6RA70的調(diào)試是單獨(dú)進(jìn)行的，輸入?yún)?shù)，通過PLC程序控制，試轉(zhuǎn)主軸電機(jī)后進(jìn)行優(yōu)化運(yùn)行，一切正常后，機(jī)床就具備了試磨輥的條件了。

5 改造效果

    表1是對(duì)試磨的軋輥中抽查兩種輥的輥型進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)結(jié)果：

                                        表1

軋輥類型	圓度mm	圓柱度mm/m	曲線誤差mm/m	表面光潔度
支承輥	0.008	0.007	0.005	Ra0.4μm
工作輥	0.007	0.005	0.004	Ra0.4μm

            （其中支承輥曲線中凸0.47mm，工作輥曲線中凸0.20mm）

    通過一段時(shí)間的試磨輥運(yùn)行，充分體現(xiàn)了新一代數(shù)控系統(tǒng)SINUMERIK 840D的性能優(yōu)越性與強(qiáng)大功能，整個(gè)機(jī)床運(yùn)行平穩(wěn)，故障率低，磨削質(zhì)量及磨削效率明顯提高，從表1測(cè)量數(shù)據(jù)看出，磨削精度達(dá)到了改造的目的要求。