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1、西门子数控系统详解 一、西门子数控产品种类 西门子数控系统是西门子集团旗下自动化与驱动集团的产品,西门子数控系统 SINUMERIK发展了很多代;目前在广泛使用的主要有 802、810、840 等几种类型; 用一个简要的图表对西门子各系统的定位作描述如下: 西门子各系统的性价比较 1. SINUMERIK 802D 具有免维护性能的 SINUMERIK802D,其核心部件 - PCU 面板控制单元将 CNC、 PLC、人机界面和通讯等功能集成于一体;可靠性高、易于安装; SINUMERIK802D 可控制 4 个进给轴和一个数字或模拟主轴;通过生产现场总线 PROFIBUS将驱动器、输入输出模
2、块连接起来; 模块化的驱动装置SIMODRIVE611Ue 配套1FK6 系列伺服电机,为机床提供了全数字化的动力; 通过视窗化的调试工具软件,可以便捷地设置驱动参数,并对驱动器的控制参数进行动态优化; SINUMERIK802D 集成了内置 PLC 系统,对机床进行逻辑控制;采用标准的 PLC 的编程语言Micro/WIN进行控制逻辑设计;并且随机提供标准的PLC子程序库和实例程序,简化了制造厂设计过程,缩短了设计周期; 2. SINUMERIK 810D 在数字化控制的领域中,SINUMERIK 810D 第一次将 CNC 和驱动控制集成在一块板子上; 快速的循环处理能力,使其在模块加工中
3、独显威力; SINUMERIK 810D NC 软件选件的一系列突出优势可以帮助您在竞争中脱颖而出;例如提前预测功能,可以在集成控制系统上实现快速控制; 另一个例子是坐标变换功能;固定点停止可以用来卡紧工件或定义简单参考点;模拟量控制控制模拟信号输出; 刀具管理也是另一种功能强大的管理软件选件; 样条插补功能 A,B,C 样条用来产生平滑过渡;压缩功能用来压缩 NC 记录; 多项式插补功能可以提高 810D/810DE 运行速度; 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;此外,系统还为您提供钻、铣、车等加工循环; SINUMERIK 840D 840D SINU
4、MERIK 840D 数字 NC 系统用于各种复杂加工,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_611数字驱动系统和SIMATIC7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; 二、西门子产品功能 SINUMERIK 840D 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、磨削以及特殊控制,这些功能在使用中不会有任何相互影响;全数字化的系统、革新的系统结构、更高的控制品 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; 控制类型 采用 32 位微处理器、实现 C
5、NC 控制,用于完成 CNC 连续轨迹控制以及内部集成式 PLC 控制; 机床配置 可实现钻、 车、 铣、 磨、 切害、 冲、 激光加工和搬运设备的控制,备有全数字化的 SIMDRIVE611数字驱动模块:最多可以控制 31 个进给轴和主轴进给和快速进给的速度范围为100-9999mmmin;其插补功能有样条插补、三阶多项式插补、控制值互联和曲线表插补,这些功能;为加工各类曲线曲面零件提供了便利条件;此外还具备进给轴和主铀同步操作的功能; 操作方式 其操作方式主要有 AUTOMATIC 自动、JOG 手动、示教 TEACH IN 手动输入运行 MDA ,自动方式:程序的自动运行,加工程序中断后
6、,从断点恢复运行;可进行进给保持及主轴停止,跳段功能,单段功能,空运转; 轮廓和补偿 840D 可根据用户程序进行轮廓的冲突检测、刀具半径补偿的进入和退出策略及交点计算、刀具长度补偿、螺距误差补偿棚测量系统误差补偿、反向间隙补偿、过象限误差补偿等; 安全保护功能 数控系统可通过预先设黄软极限开关的方法 进行工作区域的限制及程序执行中的进给减速,同时还可以对主铀的运行进行监控; NC 编程 840D 系统的 NC 编程符合 DIN 66025 标准德国工业标准,具有高级语言编程特色的程序编辑器,可进行公制、英制尺寸或混合尺寸的编程,程序编制与加工可同时进行,系统具备 15 兆字节的用户内存,用于
7、零件程序、刀具偏置、补偿的存储; PLC 编程 840D 的集成式 PLC 完全以标准 sIMAncs7 模块为基础,PLC 程序和数据内存可扩展到288KB,uo 模块可扩展副 2048 个输入输出点、 PLC 程序能以极高的采样速率监视数据输入,向数控机床发送运动停止起动等指令; 操作部分硬件 840D 系统提供了标准的 PC 软件、硬盘、奔腾处理器,用户可在 Windows982000 下开发自定义的界面;此外,2个通用接过RS232可使主机与外设进行通信,用户还可通过磁盘驱动器接口和打印机并联接口完成程序存储、读入及打印工作; 显示部分 840D 提供了多沿种的显示功能,用户只需按一下
8、按钮即可将用户界面从一种语自转换为一种语言,系统提供的话言有巾文、英语、德语、西班牙语、法语、意大利语:显示屏上可显示程序块、电动机轴位置、操作状态等信息; 1. 西门子数控系统的基本构成 西门子数控系统有很多种型号,首先我们来观察一下 802D 所构成的实物图,SINUMERIK 802D 是个集成的单元,它是由 NC以及PLC 和人机界面 HMI组成,通过PROFIBUS 总线连接驱动装置以及输入输出模板,完控制功能; 而在西门子的数控产品中最有特点,最有代表性的系统应该是 840D 系统;因此,我们可以通过了解西门子 840D 系统,来了解西门子数控系统的结构;首先通过以下的实物图观察
9、840D 系统; 2. 西门子 810D 系统的结构组成 SINUMERIK840D 是由数控及驱动单元 CCU 或 NCU,MMC,PLC 模块三部分组成,由于在集成系统时,总是将SIMODRIVE611D驱动和数控单元CCU或NCU并排放在一起,并用设备总线互相连接,因此在说明时将二者划归一处; 西门子数控系统基本构成图 人机界面 人机交换界面负责 NC 数据的输入和显示,它由 MMC 和 OP 组成 MMCMan Machine Communication 包括: OPOperation panel 单元,MMC,MCPMachine Control Panel 三部分;MMC实际上就是
10、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器,而西门子 MMC 的控制软件也在这台计算机中; 1、MMCMan Machine communication 最常用的 MMC 有两种:和 MMC103,其中的 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,而为 SINUMERIK840D 配 PC UNIT是专门为配合西门子最新的操作面板 OP10、 OP10S、 OP10C、 OP12、 OP15 等而开发的 MMC模块,目前有三种 PCU 模块PCU20、PCU50、
11、PCU70, PCU20 对应于,不带硬盘,但可以带软驱;PCU50、PCU70 对应于 MMC103,可以带硬盘,与 MMC 不同的是:PCU50 的软件是基于 WINDOWS NT 的;PCU 的软件被称作 HMI, HMI 有分为两种:嵌入式 HMI 和高级 HMI;一般标准供货时,PCU20 装载的是嵌入式 HMI,而 PCU50 和 PCU70 则装载高级 HMI. 2、OPOperation pannel OP单元一般包括一个TFT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 OP03
12、1 最为常用; 3、MCPMachine control pannel MCP 是专门为数控机床而配置的,它也是 OPI 上的一个节点,根据应用场合不同,其布局也不同,目前,有车床版 MCP 和铣床版 MCP 两种;对 810D 和 840D,MCP 的 MPI 地址分别为 14 和6,用 MCP 后面的 S3 开关设定; 对于 SINUMERIK840D 应用了 MPIMultiple Point Interface 总线技术,传输速率为秒,OP 单元为这个总线构成的网络中的一个节点;为提高人机交互的效率,又有 OPIOperator PanelInterface 总线,它的传输速率为秒;
13、NCUNumerical control unit 数控单元 SINUMERIK840D 的数控单元被称为 NCUNumenrical Controlunit 单元在 810D 中称为CCUcompact control unit:中央控制单元,负责 NC 所有的功能,机床的逻辑控制,还有和 MMC的通讯 它由一个 COM CPU 板. 一个 PLC CPU 板和一个 DRIVE 板组成. 根据选用硬件如 CPU 芯片等和功能配置的不同,NCU 分为,12 轴,31 轴等若干种,同样,NCU单元中也集成SINUMERIK840D 数控CPU和SIMATIC PLC CPU芯片,包括相应的数控软
14、件和 PLC 控制软件,并且带有 MPI 或 Profibus 借口,RS232 借口,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; 数字驱动 数字伺服:运动控制的执行部分,由 611D 伺服驱动和 1FT61FK6 电机组成; SINUMERIK840D 配置的驱动一般都采用 SIMODRIVE611D.它包括两部分: 电源模块+驱动模块功率模块; 电源模块:主要为 NC 和给驱动装置提供控制和动力电源,产生母线电压,同时监测电源和模块状态;根据容量不同,凡小于 15KW 均不带馈入装置,极为 U/E 电源模块;凡大于 15KW 均需带
15、馈入装置,记为 I/RF 电源模块,通过模块上的订货号或标记可识别; 611D 数字驱动:是新一代数字控制总线驱动的交流驱动,它分为双轴模块和单轴模块两种,相应的进给伺服电机可采用 1FT6 或者 1FK6 系列,编码器信号为 1Vpp 正弦波,可实现全闭环控制;主轴伺服电机为 1PH7 系列; PLC 模块 SINUMERIK810D/840D 系统的 PLC 部分使用的是西门子 SIMATIC S7-300 的软件及模块,在同一条导轨上从左到右依次为电源模块 Power Supply,接口模块 Interface Module 机信号模块 Signal Module;的 CPU 与 NC 的 CPU 是集成在 CCU 或 NCU 中的; 电源模块 PS 是为 PLC 和 NC 提供电源的+24V 和+5V; 接口模块 IM 是用于级之间互连的; 信号模块 SM 使用与机床 PLC 输入/输出的模块,有输入型和输出型两种;