西门子840D数控系统在双砂轮连杆磨床改造中的应用

1、引言

丰田双砂轮连杆磨床主要用于对曲轴连杆颈进行精加工的设备。该机床是一台80年代的进口数控磨床，原系统多为模拟量和仪表结合控制，故障率高，维修困难，系统备件价格昂贵并且不易购买。为保证生产，我们采用Siemens 840D数控系统对其进行了改造，它的实施使这台已使用了将近20年的老设备重新焕发了青春。

2、机床的概况及控制要求：

1. 机床的概况：

♦机床主要由床身、工件旋转主轴、左砂轮架、右砂轮架、静压系统和液压系统组成。磨削进给由液压快速进给和伺服电机精进给完成。

♦本机床的原控制系统为丰田系统，采用直流电机。砂轮横向移动、精进给和修整各有左右两轴。分别为Z1、Z2、X1、X2、W1、W2。

♦左右砂轮旋转分别由异步电机驱动。

♦机床使用年限已久，元器件严重老化，设备故障率极高，系统备件价格昂贵并且不易购买，降低了工作效率，影响了正常生产，急需改造，更新控制系统。

2. 控制要求：

根据机床的加工要求，要求控制系统功能强，能实现机床磨削加工精度的要求，能实现双砂轮单独和同时磨削控制,能实现砂轮手动、自动修整和自动补偿等。

3、系统硬件构成

系统的硬件配置如下图所示。

机床控制系统采用840D NCU571.3+PCU20+OP10+MCP。  

驱动系统采用SIEMENS 611D，电机采用SIEMENS 1FT/1FK电机，X1和X2轴采用增量编码器，W1、W2、Z1和Z2轴采用绝对值编码器。测量系统采用意大利MARPOSS－P7测量系统，通过IM361和系统进行PLC信号通信。砂轮电机驱动由西门子矢量变频器MasterDrive控制。

系统配置伺服电机型号：

X1、X2轴：1FK7080-5AH71-1AA0

W1、W2轴：1FK7042-8AB71-1EA0

Z1、Z2轴：1FT6102-8AB71-1EA0

砂轮驱动变频器型号：

SIMOVERT MARTERDRIVE 6SE7026-0ED61

4、系统软件设计

机床改造过程中方面主要有以下特点：

•操作双通道的设计

根据机床结构和运行的需要，机床采用了双通道控制。根据机床左右两部分，系统分为左右通道，通过操作面板上的一位三通旋钮实现了左右通道单独和同时启动三种工作状态的方便转换。在双通道运行过程中运用通道等待指令实现了双通道协调工作。左右通道的运行状态通过“通道转换键”进行选择监视。

•砂轮修整补偿的设计

左右砂轮修整通过W1、W2伺服轴和靠模头共同作用完成，每次修整量通过参数R02（砂轮每次修整量）输入，通过程序计算出砂轮实际半径，从而计算出X1、X2轴快速进给距离和砂轮的旋转速度，保证了磨削精度和节拍。根据砂轮修整的需要加入参数R03（每次修整的次数）和参数R05（每次修整后加工工件的数量），实现了多次修整和修整后多次加工。

•系统磨削过程的设计

磨削过程首先根据加工要求进行分段进给，从而完成了从粗磨到精磨，再到超精磨的磨削过程。在磨削结束时通过对X1、X2轴的运行位置进行读取，并用读取的值计算出当前砂轮表面到达工件零点时的X1、X2轴的位置（既参数R00的值），运用到下次磨削，从而保证下次磨削的节拍。在增加MARPOSS P7测量系统后，通过把测量信号和分段磨削有效结合，从而保证了磨削过程的精度。

•PLC程序编辑

PLC程序编辑根据机床结构对动作过程分成了报警信息、操作面板控制、系统基本控制、工件加紧松开、工作抬控制、工件主轴控制、砂轮架进给控制、修整控制等程序块，方便了程序调试和故障诊断。

5、结束语

改造后的机床磨削精度高，可靠性好，抗干扰能力强，并且操作方便。我们通过修改R参数及NC加工程序，方便的实现了机床磨削和修整过程，从而降低了成本，具有很高的经济价值。这台机床的成功改造，将促使西门子系统在磨床改造领域得到更大的运用。