基于西门子SINUMERIK 808D置换哈斯系统的关键技术研究

李省委　陈文　林宗德

摘要：基于西门子SINUMERIK808D的系统的点，将其应用于美国HASS VF-2F立式加工中心系统置换改造，本文详细阐述了改造方案的选择和机床的硬件及机床的软件设计，最后进行组装与调试，该设计具有很好的使用效果。

关键词：SINUMERIK808D;数控改造;HASS VF-2F

中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）06-0098-02

目前，随着我国提出中国制造2025国家战略以来，制造业转型升级是必由之路。转型升级就是对生产设备的升级改造，老式数控机床由于购买的时间久，故障率较高，维修费用业比较昂贵，因此，部分企业及学校会在利用机床维修时对其进行数控系统升级改造和数控系统置换等。HASS VF-3D是在上个世纪70年代有我校购买，该加工中心日常主要服务于学生的实验、实训，偶尔对外进行小批量加工，且精度较高。由于该机床购买时间久，系统故障频发，记过几次大修故障并没有完全解决并且每次维修都花费数万元，因此为了彻底解决问题，学院成立项目组对该机床进行升级改造及置换原有的系统。

1 置换方案的选择

1.1 改造方案的确定

根据我校机床的实际情况和经济基础，我们方案组准备两个方案以供选择，方案一：经济型改造方案。在保留原有机床数控系统和主要组成部分，对原有机床的电器控制部分进行更换并从新连接，散热风扇、伺服电机、编码器电缆进行重新更换等。该方案成本低、工期短对学校的影响较小，但是由于保留了原有的数控系统，并没有彻底的改变系统的不稳定性，使用一段时间后，还有可能会出现原先的故障。方案二：实用型改造方案，由于系统会出现故障，对原有的数控系统、伺服电机、变频器和通讯协议也都进行更换。其主要保留电动机和机械部分等，这些更换起来比较麻烦，而且他们本身运行精度良好没有必要进行更换。该方案与方案一比较，经济投入较大，但彻底解决了问题，保证几年后可以正常的运作。可以满足日床的教学需求和小批量零件的加工。

因此，根基两种方案的对比和学校的经济状况，决定选择实用型改造方案，该方案关键是数控系统的选择和相应配套件的选型。所有元器件更换完毕后，在对机床电器原理图进行改造设计，对线路进行联调，机床精度的调试，最后完成完成机床的精度验收工作。

1.2 数控系统的置换

原数控系统是有哈斯自动化公司生产自行设计与生产，是独立系统不依靠第三方提供数据系统，并能够实现系统与机床的完美融合。目前，该机床存在的问题主要有与PC机通讯接口损坏;系统不稳定出现频繁报警;CTR显示屏老化;变频器运行不稳、可靠性差等。

我国有两大數控生产公司广州数控有限公司、华中数控有限公司，我过数控系统的开发、设计、生产起步较晚，与国外的成熟公司比较还有一些差距，但考虑到本次数控系统改造主要是满足学生的实训需要和小批量零件的生产，加工性能及精度没有必要追求极高。因此，数控系统选择主流的SIEMENS经济型数控系统SINUMERIK 808D（铣床版）、SINAMICS V60私服系统、MICROMASTER420变频器，如图1所示。

数控系统SINUMERIK 808D有铣床和车床两个版本，该系统是基于操作面板紧凑型数控系统，容易维护、操作简单等性能。配有相应的伺服系统和伺服电机及模块化结构等。

2 硬件置换方案的分析及PLC设计

2.1 伺服电机的选择

伺服系统做为数控机床的重要组成部分，伺服电机的选择尤为关键，在选择伺服电机的时候要满足一下几点：（1）满足零件加工负载的需要，又要对负载惯量进行校对;（2）电机的稳定性及价格指标;（3）机床无负载时，电机上的力矩应小于电机的连续额定力矩的50%一下;（4）负载的惯量要小于电机本身惯量的3倍。

2.2 PLC控制与外部信息交换

数控机床PLC控制有内部集成的PLC控制和独立的PLC控制，他们的控制方式不完全相同。实质上PLC的功能只是负责控制数控机床的部分任务，而内部的集成PLC是有数控系统发布指令，经过内部PLC逻辑运算输入到机床，起到一个承接的作用。为了更好的从控制角度分辨机床PLC控制部分与机床信息的交换，可将机床分为三个部分，NCK部分、PLC部分、MT部分等。他们之间有四种信息交换方式：NCK到PLC、PLC到NCK，MT到PLC，PLC到MT等。

3 软件系统的置换及设计

当系统各部件连接完毕后，首先必须先调试PLC应用程序中的相关动作，如伺服功能、急停、硬件限位等，只有在所有安全功能都正确无误时，才能进行NC参数和驱动的调试。

本次置换及设计的数控系统主要完成一下四个功能：（1）整个数控机床的润滑系统设计，能实现自动化控制;（2）整个机床的冷却系统;（3）第四轴的设计;（4）三个轴向各两个限位开关。

3.1 置换后数控机床急停控制系统的子程序设计（如图2）

3.2 置换之后手轮的控制设计（如图3）

3.3 置换之后自动换刀系统的控制设计（如图4）

4 结语

基于本次数控机床的改造之前经过多方面的论证和调研，同时也根据我校的实际情况要求进行改造，并制定了2种合理的改造方案，通过综合对比其2种方案的优劣，最终选择实用型改造方案做为本次的方案实施项目。该项目主要从硬件（伺服电机的选择）和软件（急停、冷却系统、润滑系统、换刀等）进行设计改造，改造完成后经过空运行和零对件的加工完成的测量，都达到了机床预定要实现的目标，在数控化改造方面取得了很好的效果。

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Research on Key Technologies of Siemens SINUMERIK 808D Replacement Haas System

LI Sheng-wei，CHEN  Wen，LIN  Zong-de

（Practice Teaching Center of Minnan Institute of Technology，Shishi Fujian  362700）

Abstract：Based on the point of SINUMERIK808D system， it is applied to the replacement transformation of HASS VF-2F vertical machining center system in the United States. This paper elaborates on the selection of the transformation scheme， the hardware and software design of the machine tool. Finally， it is assembled and debugged. The design has good application effect.

Key words：SINUMERIK808D;numerical control transformation;HASS VF-2F