董新錄

男，1999年畢業于鄭州大學自動控制專業，電氣工程師。

摘要：本文介紹了數控磨床的改造方案實例，成功將一臺快要淘汰的舊磨床改造成為一臺高效率的數控軋輥磨床，設備生產能力明顯提高，具有借鑒和推廣意義。

關鍵詞：數控磨床；人機通信（MMC）；優化；數字控制（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An efficient roll grinding machine is reconstructed from the outdated equipment, 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公司生產的數控磨床，使用至今，由于缺少完整系統的大修，維護保養不夠，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，已經不能滿足軋鋼生產對軋輥的需求，成為我廠制約軋鋼生產的一個重要因素。為此該廠決定對現有磨床進行升級改造，以期滿足生產的要求。

2 舊機床系統及規格參數簡介

    該舊磨床是由INNSE公司生產的一款RCH72" /4B×8000CNC數控磨床，共有X、Z、Y、E、V1、V2、U,共7個進給軸和2個主軸，磨削曲線采用X、Z聯動完成。數控控系統采用SIEMENS公司的SINUMERIK 840C數控系統和INNSE公司自行開發的INNSE電子控制系統，PLC采用SIEMENS公司的S5－135，進給軸控制采用SIEMENS公司的SIMODRIVE 611A系統和1FT5系列伺服電機，主軸為2臺直流電機，由SIEMENS的6RA24直流調速器控制。具體性能參數如下：

    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 改造方案設計

3.1 主控系統的改造

    首先對主控系統進行升級，摒棄市場已淘汰的840C和INNSE電子控制系統，采用SIEMENS新一代全數字分布式SINUMERIK 840D數控系統，PLC由原來的S5-135升級為內置S7-300可編程控制器，機床外部的I/O接點通過PROFIBUS工業現場總線傳輸到中央控制系統。

3.2 驅動部分

    由于原來的伺服控制系統SIMODRIVE 611A是模擬系統，和改造后的全數字840D系統不兼容，故而采用相應的SIMODRIVE 611D數控系統，611D驅動采用雙軸模塊，它是新一代數字控制總線驅動，既節省了空間又降低故運行故障率，電機由原來的1FT5系列改為1FT6系列的伺服電機，主軸的2臺直流電機利用舊電機，把直流控制器由6RA24升級為6RA70全數字直流調速器。

3.3 人機接口及通訊

    人機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MS-WINDOWS XP。利用西門子HMI Programming Package軟件包開發軋輥磨床專用人機接口界面，中文顯示，操作畫面簡潔明了，參數調整方便簡單，滿足磨削工作中各種要求，能夠實現磨床自動控制和自動磨削測量過程的模擬顯示(動態仿真)、曲線編程、手動調整、測量精度顯示以及打印和存貯。

    由于SINUMERIK 840D的強大通訊功能，采用MPI總線，OPI總線和PROFIBUS總線多種總線技術，使得現場采集數據和處理速度快捷、流暢，做到了機床的實時控制和準確控制。

3.4 測量系統

    由于1FT6系列伺服電機自帶編碼器，所以幾個進給軸直接采用電機編碼器反饋進行控制，對于精度要求較高的磨削曲線軸X軸，除了電機編碼器反饋外，另加一個HEIDENHAIN LS106直線光柵尺，作為第二測量系統實現全閉環控制，提高精度。卡鉗測量系統為3點式測量，分別采用3個HEIDENHAIN MT25W短光柵尺實現精確測量。

3.5 機床診斷與報警功能

    數控機床既要求高精度和設備及人身安全，又要滿足磨削工作的高效率，所以機床必須具有完備的自診斷和報警保護功能，在這方面SINUMERIK 840D提供了全面的診斷與保護功能，每次開機，840D都要對系統硬件進行自診斷，并且在運行中對重點元件進行實時監控，還提供詳細的NC報警與信息，PLC報警由用戶根據需要自己編寫內容，通過PLC程序進行監控，報警文本可以嵌入840D在顯示器上進行顯示，方便了操作與維護。

4 聯機上電調試與優化

4.1 硬件的連接

    根據各部分元件的接口要求，將數控系統與驅動單元、MMC、PLC分別進行連接正確，驅動總線和設備總線的連接，切記要注意電源極性的正確連接，否則可能造成設備事故或人身傷害。各個部分連接完成后，進行互連，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，為了確保上電調試的順利，要進行最后的詳細而仔細的檢查，這是一步必要而必須做的工作，確保無誤后，才可以上電調試。

4.3 上電調試

    上電檢查各個部分正常后，首先對MMC安裝必要的系統軟件和應用軟件。第一次上電，啟動，由必要對系統進行總清，包括NC和PLC的總清，使所有機床數據被預置為缺省值，待系統啟動正常后，傳入PLC程序，當NC、MMC、PLC都啟動正常且通訊正常后，調試現場各部分限位及保護開關等，進行驅動的配置，驅動配置可以在MMC上直接完成，也可以通過SIEMENS的Symantec PcAnywhere軟件直接在PC上進行驅動配置，驅動配置完成后重啟系統，這時驅動模塊上的紅燈應該滅掉，表明驅動系統正常，然后就可以進行各進給軸的試運行了。兩個主軸直流電機控制器6RA70的調試是單獨進行的，輸入參數，通過PLC程序控制，試轉主軸電機后進行優化運行，一切正常后，機床就具備了試磨輥的條件了。

5 改造效果

    表1是對試磨的軋輥中抽查兩種輥的輥型進行測量數據結果：

                                        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）

    通過一段時間的試磨輥運行，充分體現了新一代數控系統SINUMERIK 840D的性能優越性與強大功能，整個機床運行平穩，故障率低，磨削質量及磨削效率明顯提高，從表1測量數據看出，磨削精度達到了改造的目的要求。