1、西门子 SINUMERIK840D 数控系统在不落轮镟床的应用摘 要：西门子是全球最大最优秀的数控系统供应商之一，尤其是在高端数控系统市场，据不完全统计，其推出的 SINUMERIK 系列占据了数控系统的半壁江山。西门子数控系统广泛应用于数控车床、铣床、磨床、冲床、加工中心，以及深孔钻床、龙门铣床、自动化生产线等。 关键词：SINUMERIK840D 不落轮镟床数控系统应用 中图分类号：C37 文献标识码：A 0 引言 苏州轨道交通一号线天平车辆段所配备的不落轮镟床即采用了西门子 SINUMERIK840D 数控系统。西门子数控系统最大的特点就是功能丰富且开放性强，本文主要描述 SINUMER
2、IK840D 数控系统在不落轮镟床的应用。 1 SINUMERIK840D 功能说明 SINUMERIK840D 基于 Windows 操作系统，提供了许多创造性的特殊技术功能，通过对系统的各种模块的任意组合和功能选择而实现对整个机床的控制1。SINUMERIK840D 与 SIMODRIVE611D 数字驱动系统以及SIMATIC S7-300 系列 PLC 一起构成全数字控制系统，其系统功能连接如图 1 所示。 图 1 SINUMERIK840D 系统功能连接图 由上图可知，SINUMERIK840D 硬件主要是由三部分组成：1、数控单元（NCU）及驱动模块 SIMODRIVE611D；2
3、、操作面板（OP）与人机通讯（PCU） ；3、PLC 的 I/O 模块。 2SINUMERIK 840D 硬件与驱动系统 2.1 数控 NCU 单元 SINUMERIK 840D 的数控单元被称作 NCU（Numerical Control unit）单元。 根据选用硬件如 CPU 芯片等和功能配置的不同， NCU 分为 NCU561.4，NCU571.4，NCU572.4 NCU573.4（12 轴） ，NCU573.5（31 轴）等若干种。 NCU 单元中也集成 SINUMERIK 840D 数控 CPU 和 SIMATIC PLC CPU 芯片，包括相应的数控软件和 PLC 控制软件，并
4、且带有 MPI 或 Profibus 接口，RS232 接口，手轮及测量接口，PCMCIA 卡插槽等。所不同的是 NCU 单元很薄，所有的驱动模块均排列在其右侧。 SINUMERIK 840D 的驱动单元 SINUMERIK 840D 配置的驱动单元一般都采用 SIMODRIVE 611D 模块。它包括两部分即：电源模块（馈电模块）图 3 +驱动模块（功率模块）图4。SIMODRIVE 611D 驱动模块是一种高性能、灵活组态的系统，能够满足数控机床对驱动系统的稳定性和技术性能方面等要求，包括最高要求的动态响应、速度整定范围以及平滑运行特性2，现应用于西门子 840D数控系统的机床中，实现机床
5、的驱动功能。驱动系统中的馈电模块包括可控电源模块 I/R 以及不可控电源模块 UI 两种类型，其功能为提供直流母线电压、电子电源以及使能/监控信号，是确保驱动系统稳定运行的基础3。 图 3 电源模块 图 4 驱动模块 该 SIMODRIVE 611D 系列采用模块化设计，包括输入滤波器、整流电抗器、电源模块、功率模块、控制单元以及专用的模块。该系列驱动系统可以配置进给轴或主轴的驱动，进给轴模块用于 1FT6/1FK/1FN/1FW6进给电机和 1PH/1PM/2SP1 主轴电机，图 5，也可以配置第三方电机。馈电模块则取决于电机规格。使用馈电模块可将 SIMODRIVE 611D 系统组连接到
6、带有接地中性点(TN 系统)的低压系统。SIMODRIVE 611D 驱动系统中的所有模块都具有统一的模块化结构，供电和通信之间的接口以及控制单元和馈电模块之间的接口都实现了标准化45。电源电缆、信号电缆和总线电缆采取非常实用的连接方式，可以很容易地实现特定用户需求而定制的驱动系统。 图 5 驱动模块与电机之间的连接关系 面板控制单元 PCU 2.3.1 PCU50 面板控制单元 PCU50 的功能相当强大，高性能的 SINUMERIK PCU50 集成有通过以太网和 PROFIBUSDP/MPI 进行通讯的接口，这样其它板卡就可以使用其集成插槽。该设备背面的 USB 端口可提供标准 PC 键
7、盘和鼠标的“即插即用”功能。SINUMERIK PCU50 支持 Windows NT 4.0 US 操作系统 (英语版本)或 Windows XP。出于安全考虑，对 Windows 操作系统进行了如下预设置： 取消自动运行功能； 取消 Windows 自动升级； 取消防病毒软件的监控和报警以及自动升级； 取消从服务桌面或者从开始菜单调用 Internet Explorer 的快捷图标； 对于未证实的调用可以进行远程程序调用 MMC MMC 是人机通信单元的简称，PCU 是 MMC 的更新换代产品，实际上就是一台计算机，有自己独立的 CPU,还可以带硬盘，带软驱；OP 单元正是这台计算机的显示
8、器，而西门子 MMC 的控制软件也在这台计算机中。我们最常用的 MMC 有两种：MMCC100.2 和 MMC103,其中 MMC100.2 的 CPU 为486,不能带硬盘；而 MMC103 的 CPU 为奔腾，可以带硬盘，一般的，用户为 SINUMERIK810D 配 MMC100.2，而为 SINUMERIK840D 配 MMC103。2.3.3 操作员面板 OP OP 单元一般包括一个 10.4TFT 显示屏和一个 NC 键盘。根据用户不同的要求，西门子为用户选配不同的 OP 单元，如：OP030,OP031,OP032,OP032S 等，其中 OP031 最为常用。 2.3.4 机床
9、控制面板 MCP MCP 是专门为数控机床而配置的，其作用是按照给定的工作方式执行 NC 程序，并完成机床动作的控制，如急停控制、复位、程序控制、工作方式选择、机床功能、用户自定义功能、轴/主轴控制等。通常数控系统 HMI 部分由 MMC/PCU、OP 以及 MCP 构成。 2.3.5 手持单元 HHU 手持单元 HHU 为操作员在机床上执行各种功能提供了更大的舒适度，手持单元有双行数字显示 2X16 位的显示器、双通道的急停按钮、20 个用户自定义键、16 个用户自定义 LED 等、接通/断开状态钥匙开关、12 位的倍率开关、电子手轮等。 西门子 840D 系统在镟床上的应用 在不落轮镟床中
10、，伺服系统接受数控系统发出的位移或速度指令，经驱动器之后，通过伺服电机和机械传动机构来驱动镟床坐标轴、主轴等，带动轮对转动及刀架运动，使得刀架能都对轮对产生各种复杂的机械运动，从而加工出所要求的轮对加工曲线。 镟床上所有涉及电机驱动按照功能可以分为进给轴驱动、主轴驱动以及辅助驱动。 进给伺服以镟床刀具横向坐标 Z 轴及纵向左边 X 轴为控制对象，产生镟床的切削进给运动。进给轴驱动有两个任务：1、快速进给；2、刀具的工进。工进时进给轴按照系统内部的轮廓曲线运行，运行速度较低。进给轴需要具有以下特点：宽的调速范围；高转矩；转矩、转速波动范围小；驱动及电机的物理尺寸小，也就是功率密度高；易于维护。进
11、给轴电机一般采用永磁同步电机、直线电机，电机控制为伺服控制，相应的电机也称为伺服电机。 主轴驱动用于带动电客车轮对旋转运动，它的主要任务为去除轮对的加工余量。要求主轴驱动要能够长时间运行，因此要求主轴驱动具有以下特点：恒定的输出功率，以快速地去除轮对加工余量；在恒定输出功率情况下的宽调速范围；在不同的切削工况下的速度调整平滑性能。通常主轴电机采用异步电机。 辅助电机驱动主要用于控制排屑装置、液压站、除尘设备等，通常使用的是异步电机或变频器，或直接连接到主电源，通过 PLC 开控制。 SINUMERIK840D 系统特别适用于各种复杂零件的加工任务，它具有优于其他系统的动态品质和控制精度。借助于 HMI、CNC 和 PLC 的开放性，用户可将其经验准确的应用于控制解决方案。这种开放性的结构和系统的扩展特性使数控功能可以灵活、快速和经济地实现许多创新的机器运动解决方案。
