1、数控改造与西门子数控系统性能对照近年来，随着国内各种类型机床改造需求的扩大，机床改造已经逐渐形成了一个产业，其中绝大部分是数控机床的改造，也有一部分业务来自非数控机床的升级改造。作为一个稳步发展的专业公司，我们在运用西门子系统，进行数控机床改造以及为机床厂提供设计服务两个方面，取得了比较大的成果，已经跻身国内前列。在改造实践中，我们始终认为一个好的改造方案是改造成功的重要基础，并在这个环节严格把关，保证了改造的成功实施；而且这个环节看似简单，实际包涵了很重要的内容，对于自己对系统的了解熟悉、以往维修改造的基础都有很高的要求。本文将就改造方案的选择进行阐述，分析每一个步骤的具体内容，供大家参考。
2、 一、 现代数控驱动产品带来丰富的选择 作为西门子数控产品的核心代理和系统集成商，我们这些年来主要采用西门子产品为广大用户提供服务。西门子产品的更新也在最近几年出现了新气象，改变了过去德国电气产品贵而娇气的形象，形成了与日本数控产品双雄整天下的局面。下面逐一加以剖析 1、SINUMERIK 802S/C 系统： 802S 和 802C 系统标准配置包具备了所有的必要组成单元: NC, PLC, 操作面板,机床控制面板, 输入/输出单元及系统软件. 操作编程极其简便、免维护、性能价格比高，是专门为低端 CNC 机床市场而开发的经济型 CNC 控制系统。在中国的销售非常成功。 802S/C 两个系
3、统具有同样的显示器，操作面板，数控功能，PLC 编程方法等，所不同的只是 SINUMERIK 802S 带有步进驱动系统，控制步进电机，可带 3 个步进驱动轴及一个+/- 10V 模拟伺服主轴； SINUMERIK 802C 带有伺服驱动系统,它采用传统的模拟伺服+/- 10V 接口,最多可带 3 个伺服驱动轴及一个伺服主轴。最新推出的802Se/Ce , 更是将 CPU、输入输出点、控制接口等所有部件集成在面板背后，一体化的设计使得使用维护更为方便。因此 802S 和 802C 系统非常适合于普通机床、数显机床的数控化改造以及低档数控机床的数控配套和改造。我们曾经应用的场合有数控车床、数控镗
4、铣床、数控磨床、枪钻机床、专机等。 其中 SINUMERIK 802C 在车/铣加工应用技术上具有优势，配的是新型的西门子SIMODRIVE 611U，这种系统甚至可以连接 3 个坐标轴的光栅尺，形成闭环控制，所以我们也曾把它应用在座标镗床、坐标磨床，性能价格比很高2、SINUMERIK 802D 系统： 西门子公司在新世纪推出了 802D 数控系统。该系统属于中低档系统，其特点是：全数字驱动，中文系统，结构简单 (通过 Profibus 连接系统面板， I/O 模块和 伺服驱动系统。) 调试简单 (通过 PCMCIA 卡批量调试)。具有免维护性能的SINUMERIK 802D 核心部件-控制
5、面板单元（PCU）具有 CNC、PLC、人机界面和通讯等功能，集成的 PC 硬件可使用户非常容易地将控制系统安装在机床上。 SINUMERIK 802D 可控制 4 个数字进给轴和 1 个主轴。主轴完全通过 PCU 控制，既有数字接口，也可通过模拟接口控制。使用 Profibus 总线可非常简洁地将伺服和 I/O模块等系统各部件直接相连。模块化的驱动装置 SIMODRIVE 611 UE 可以根据数控车床或数控铣床的需要配置各种驱动和电机，强大的 Windows 工具可非常轻松地设置驱动参数，位置测量可用电机端编码器，也可以选用光栅尺，SINUMERIK 802D 具有功能强大的 PLC-SI
6、MATIC S7-200，其编程工具可运行在任何 PC 机上，其诊断功能也非常完善。梯形图编程和经典的 PLC 程序举例可非常方便地应用于机床控制。 SINUMERIK 802D 系统虽属于低档系统但是基本上已经是标准的数控系统，最适合于数控车床、铣床、磨床和带小型刀库的数控加工中心的配套及改造。3、SINUMERIK 840D/810D/840Di 系统具有以下特点： 840D/810D 是几乎同时推出的，具有非常高的系统一致性， 显示/操作面板，机床操作面板 STEP7-300PLC 输入/输出模块，PLC 编程语言 数控系统操作，工件程序编程，参数设定，诊断等 伺服驱动的许多部件 由于以
7、上的特点，该系列产品在许多企业应用及其广泛，尤其在汽车，航空，机械等行业。采用 810D/840D 系统，S7300，Profibus，HMI 等产品，客户的利益得到了非常好的维护：操作的一致性，编程的一致性，备件的一致性，培训，维修方便等，都可显示中文。A、 SINUMERIK 840D，它在复杂的系统平台上，通过系统设定而适于各种控制技术。840D 与 SINUMERIK 611D 数字驱动系统和 SIMATIC S7 可编程控制器一起，构成全数字控制系统。它适于各种复杂加工任务的控制，具有优于其它系统的动态品质和控制精度。 标准控制系统的特征是具有大量的控制功能，如钻削、车削、铣削、磨削
8、以及特殊控制，这些功能在使用中不会有任何相互影响。 由于开放的结构，这个完整的系统也适于其它技术如剪切、冲压和激光加工等。SINUMERIK 840D 的突出之处在于其不断扩展的特性。其自学习、自优化系统使系统的调整时间大为缩短。精调也可按机床用户的要求简单自动地进行。远程诊断使其故障的分析解决更加方便快捷。SINUMERIK 840D 最大限度集成在与 SIMODRIVE 611 控制模块相同的 50mm 宽框架中，将 SINUMERIK 840D，SIMODRIVE 611D，加上先进的 SIMATIC S7 系统，即为机床的自动化提供了全方位的解决方案：全数字化的系统、革新的系统结构、更
9、高的控制品质、更高的系统分辨率以及更短的采样时间，确保了一流的工件质量。840D 采用了当今最先进的控制概念、适用于钻削、铣削以及车削和磨削机床加工的控制。例如，具有数控系统和 SIMODRIVE 间数字通讯的车床可以达到磨床的加工精度。 SINUMERIK 840D 还可以实现许多特殊的 NC 功能，这在同类系统中是难以看到的。B、 SINUMERIK 810D 是 840D 的 CNC 和驱动控制集成型，NC CPU 和驱动集成在在一块板子上，驱动的功率部分又可提供 3 个坐标和 2 个坐标两种。简单来说，也就是SINUMERIK 810D 系统没有驱动接口，SINUMERIK 810D
10、NC 软件选件的基本包含了 840D的全部功能，例如： 1） 同样的钻、铣、车等加工循环； 2） 提前预测功能，可以在集成控制系统上实现快速控制； 3） 坐标变换功能； 4） 固定点停止可以用来卡紧工件或定义简单参考点； 5） 模拟量控制控制模拟信号输出； 6） 刀具管理也是另一种功能强大的管理软件选件； 7） 样条插补功能(A，B，C 样条)用来产生平滑过渡； 8） 压缩功能用来压缩 NC 记录； 9） 多项式插补功能可以提高 SINUMERIK 810D/810DE 运行速度； 10） 温度补偿功能保证您的数控系统在这种高技术、高速度运行状态下保持正常温度； 由此可见 SINUMERIK
11、810D 的功能和选件非常强大，并不低于 840D，只是它的应用场合有其特殊性，合理的利用它内部集成的驱动系统，可以减少成本并且获得高性能。因而它不仅仅局限于数控机床配套，在木加工、石材处理或包装机械等行业也有广阔的应用前景。 在我们的改造实践中，近 2 年来，运用最多的就是 SINUMERIK 840D/810D，尤其是 810D 在强力磨床、外圆磨床、瓦楞辊磨床等机型应用上，颇有心得。最近随着采用 PROFIBUS-DP 现场总线结构西门子 840Di 系统的推出，我们又多了一种颇有竞争力的选择： 1） 全 PC 集成的 SINUMERIK 840Di 数控系统为您提供了一个基于 PC 的
12、新潮的控制概念。得益于此概念的主要用是那些以某种方式使用了 PC 的场合或者使用分布式驱动和 I/O 的自控方案。应用领域包括木制品，玻璃，制陶，包装，贴片机，冲压机，弯曲机，以及各种机床和类似机床的机械。除了高度的软、硬件开放性，SINUMERIK 840Di 的显著特点是，CNC 控制控制功能与 HMI 功能一起都在 PC 处理器上运行。也就是说，可以省略传统控制系统中所需的 NC 处理单元。这种控制系统包含大量的标准化部件：带接口卡的工业 PC 机，PROFIBUS-DP，Windows NT 操作系统，OPC（用于过程控制的 OLE）用接口和 NC 控制软件。 2） SINUMERIK
13、 840Di 可提供给您的还很多。特别有利的是其在 SINUMERIK 家庭中的地位。例如，SINUMERIK 840D 与 SINUMERIK Di 的 NC 和 PLC 功能，操作者功能和机床数据是兼容的。相应的 NC 程序和 PLC 程序在这两个系统上都可运行。而且由于系统高度开放，软件应用可同样适用于两个系统。SINUMERIK 840Di 是 SIMATIC和 SIMODRIVE 自动化控制环境的一部分。 3） 利用 PROFIBUS-DP 实现分布式配置。如今系统朝着分布式方向发展的趋势是十分明显的。而 SINUMERIK 840Di 的另一个重要特点就是带有位置控制的 PROFI
14、BUS-DP。這是一种用于驱动和 I/O 的统一的现场总线。它允许数个系统实现分布式配置。 4） SIMATIC ProTool/Pro 配置工具加上附属的“SINUMERIK ProTool/Pro 选件”为您提供了特殊便利。即，用户可利用其来生成自己专用的用户界面而不必掌握额外的软件技能。 5） 全部功能集于同一模块，实现最佳通讯。MCI 板是一块 PCI 式的插板。该模块包含了集成的 SIMATIC S7 315-2 DP PLC-CPU 及用于 MPI(多接口)和 PROFIBUS DP接口接和 I/O。可连接 SIMODRIVE611 通用型驱动装置。SIMATIC DP ET200
15、 模块则可作为 I/O。 4、SINUMERIK 840C 系统： SINUMERIK 840C 系统一直雄居世界数控系统水平之首，内装功能强大的PLC 135WB2，可以控制 SIMODRIVE 611A/D 模拟式或数字式交流驱动系统，适合于高复杂度的数控机床。虽然已经推出很多年，但依然表现良好，深受用户欢迎。 我们的应用主要是在复杂的数控镗铣床、加工中心、龙门加工中心、五面体加工中心、高档磨床。 表 2 SINUMERIK 840C 功能表显示 屏幕显示 运行状态文字显示 机床控制面板和带 LED 的用户按键 图形编程(固定循环参数编程) 多通道显示 显示器暗置 双溜板显示 铣削程序模拟
16、 操作 分为 5 个操作范围(区域) 14 个软件按键支持的软件菜单操作 操作面板禁止 操作面板转换 机床操作面板的钥匙开关 不用操作面板和 NC 全键盘操作 内装文本编辑器,可方便地进行文字编辑 运行方式 自动 中断或暂停后继续自动运行方式 在自动或调整方式下存入 S.T.M.H参数 在自动运行方式下,下述操作操作的影响 JOG 方式(调整) 示数 MDA(手动输入) 预置,设定新的坐标参考点 运行方式可通过机床功能补充 机床进给轴配置 车、铣加工 输入系统:公制或英制；机床:公制或英制 公制或英制转换 输入单位可选 测量系统精度可由适配因子和位置控制精度相适应 位置控制精度和输入单位无关并
17、可选择 程序范围为+/-8 位数取决于输入单位和位置控制精度, 位置控制输出：最大+/-10v/2mA 进给和快进：最小进给量 mm/分$10X 输机床主轴配量 主轴功能软件包 主轴变换 通道和运行方式组的机床配置 一个 CNC 通道 一个运行方式组 通道结构:和 NC 轴或插补轨迹同时异步运行 把插补通道分成运行方式组 热起动 适应于运动过程的机床配置 直线与圆弧插补 3D 插补,螺旋线插补 和独立的进给轴同时定位 加权因子 入单位 5 个测量回路功能用于伺服轴和主轴 15 个测量回路功能用于伺服轴和主(最大 6 个主轴) 轴的地址可由机床数据位选择 轴特殊的采样时间 轴的特殊精度 根据程序
18、钥匙对轴任意编址 轴的跟随运行 程序试运行,不启动机床或仅带一个轴运行程序 扩展地址,例如用 Q1$, Q2$, Q3$标记辅助轴 无限制转动的旋转轴 双溜板或双主轴结构 高精度的旋转轴 轴变换 校正和补偿 进给修调 0%-120%(0%-130%内部) 快进修调 0%-100% 主轴速度修调 50%-120%(0%-150%内部) 每轴可存 4 个零点偏置 每轴可存 4 个附加零点偏置 每轴有 2 个可编程零点偏置 外部附加的零点偏置 刀具补偿包括 819 个刀补段,包括刀具号,刀具类型,几何长度,磨损情况, 基本尺寸 5 轴刀具长度补偿(和 5 轴线性插补相关) 切削半径/铣削半径轨迹补偿
19、 每个轴的间隙补偿 补偿 CNC 编程 在加工过程中同时编程 在加工过程中可同时进行程序和PLC 报警文本复制,删除和编辑 在程序中加注释 主程序号 4 位+进制数 每个程序段,3 个 M 功能 子程序技术 子程序号 4 位+进制数 扩展地址方式 PLC 编程 STEP 5 编程语言,具有丰富的指令库 编程方式可用 AWL,KOP,FUP 和 GRAPH 5 在 CNC 和 PLC 之间宽接口用于数据快速交换 所有线性轴路径镜象 1024 个输入点 1024 个输出点 128 个计时器,时间范围 0.01 秒-9990秒 程序跳转 GOTO, CASE, IF THEN ELSE, WHILE
20、 图形支持的轮廓编程 图形支持的车削和铣削标准循环 圆弧半径直接编程 灵活的平面选择 绝对地址与相对地址编程 极坐标编程 参数技术 坐标变换 TRANSMIT 用于车床上的车/铣方式变换 128 个计数器,计数范围 0-999 1024 个标志 程序结构 通过 PLC 给出 CNC 轴路径 通过 PLC 进行换刀和刀库控制 备用刀具 功能块调用 PLC 中 256 个定时器 256 个计数器 存储器结构 在硬盘中可存 32000 个程序(取决于存储器结构) CNC-用户存储器中 1MbyteRAM 为加工子程序使用 硬盘上 5Mbyte 中央用户存储器 PLC 用户程序存储器 32Kbyte(RAM) PLC-用户数据存储器 8Kbyte(RAM) 数据交换 通用串行接口 RS232C(V-24)TTY(20mA),参数可设置 9600 波特 在加工时可同时读入和输出程序及 PLC报警信息 功能全面的文件管理方式 根据工件的数据处理 用一条指令存入/取出一个工件的所有数据和程序 （- 摘自中国数控机床网 ）
