6ES7332-7ND02-0AB0详细说明
我校用3万元左右的资金成功地改造了一台数控车床，方法简便，不需要专家指导，一般企业或学校的工厂都有能力进行改造。下面作简单介绍。
1 机械部分的改造
把C6132普通车床改成数控车床的主要改造部位：主电动机和水泵电动机能分别通过M03、M04、M05、阴刀、M09等指令来进行控制；把原来的手动进给改成微机控制，实现二轴联动；为实现螺纹车削在主轴后端加一光电编码器。
机械部分的改造，在原机床的基础上，去掉挂轮箱(保留三星齿轮)、进给箱、溜板箱、刀架部分，保留大拖板、中拖板。
2 电控部分的改造
光电编码器的安装利用挂轮箱中的三星齿轮，找到与主轴传动比为1:1的传动齿轮，采用同心套通过一个固定支架与光电编码器相联，结构示意图如图1所示。
纵、横向丝杠的改造去掉机床的进给传动系统，安装上滚珠丝杠、减速器接口、步进电动机。X轴传动比为5:3,Z轴的传动比为1:1。这类小型机床在中间设置一级传动结构的目的是提高伺服电动机的使用寿命。对于瞬时性的快速起、停起到一定的缓冲作用。改造后机床的传动进给示意图如图2所示。
华中Ⅰ型数控系统开放性好，改造非常简单。具体方法为全部拆除原车床的电控线路。对单速电动机，直接从数控系统的电控柜中出线与主轴电动机的U2、V2、W2和冷却泵电动机的U6、V6、W6连接。对于双速电动机，除了直接连线以外还应对电控柜和系统软件中的内置PLC系统程序STEP.DAT进行相应的修改。
3 微机系统控制部分的设置
对于一般车床的改造只须对以下两部分系统配置进行参数设置就可以了。一是轴参数，二是内置PLC的编码。
在华中Ⅰ型数控系统软件中输入正确的口令以后就可以对轴参数进行设置了。不同的用户在改造车床时步进电动机与丝杠之间选择的传动比是不同的，丝杠的螺距也不同，为了适用不同的传动比，华中Ⅰ型数控系统开发了一个有用的工具，通过设置一对电子齿轮的比值来对实际的传动比进行调整。下面以我校数控改造的车床为例进行说明。
我们对X轴选用的步进电动机的步距角θ=0.9°。，步进电动机与丝杠之间的传动比I=3/5，丝杠的螺距P=4mm，电动机每转脉冲数可设置为360/0.9=400，则脉冲当量为Q=(θ/360)PI=3/500。
现设电子齿轮比为大，编程时要在X方向移动10mm的距离，以车床精度为0.01mm计算，则系统要在X轴方向发送10000个脉冲。也就是说系统在x方向发1000个脉冲以后，X方向应移动10mm的距离，则有下面的计算式成立：
10=1000QIi=1000×(3/500)Ii
则Ii=5/3
Z轴可以根据以上的方法进行类似的计算处理。如果主电动机采用双速电动机，则系统应设置支持S1、S2高低速转化的硬件。这里华中Ⅰ型数控系统配有内置PLC，只要在原程序STEP.DAT文件中利用PLC编程语言增设相应的接点即可。
4 系统软件的安装
华中数控系统软件可以在DOS或bbbbbbS两种环境中运行。
如果是在bbbbbbS平台下工作，在启动数控系统应用程序CNC.EXE之前，应将bbbbbbS中的屏幕保护程序设置为空状态，否则一旦运行屏幕保护程序数控系统将停止运行。如果是在DOS平台下安装数控系统程序，则应满足以下条件：PC机应在386以上；彩色显示器；内存的配置应大于4MB；在CONGFIG.SYS文件中应设置Device=c:\dos\Himem.sys和Device=c:\dos\EMM386.EXE8000语句。
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| 1.交换齿轮 2.二星齿轮 3.主轴 4.光电编码器 图1光电编码器的安装 | |
1.X轴步进电动机 2.J7型步进电动机减速器接日 3.X轴联轴器4.X轴滚珠丝杠 5.Z轴滚珠丝杠 6.Z轴联轴器 7.J6型步进电动机减速器接口 8.Z轴步进电动机 | |
我校利用华中Ⅰ型数控系统对一台江西第五机床厂生产的C6132型普通车床进行改造以后，经测试各项技术指标均已达到工业标准。系统运行半年以来一切平稳，没有发生任何故障。
系统故障分析
2.1 短路接地故障
二氧化碳压缩机联锁系统采用继电器联锁系统，220vac供电，来自现场的开关量信号有60多个，来自现场控制室控制盘的有20多个，联锁系统只设计一个空气开关供电。由于建厂期间安装施工不规范，现场穿线管内的电缆在拉电缆时有的已破损，这就出现了穿线管内破损电缆处在震动状态瞬间接地打火现象。有的接线盒内使用了无绝缘把的线鼻子，电线与接头处无绝缘，用黑胶布简单包扎就安装上去，有的黑胶布的地方接触到外壳，随着时间增加，黑胶布绝缘下降，出现对地瞬间打火现象。上述两种打火情况出现后，都会引起空气开关跳闸联锁逻辑系统失电，机组停车。
2.2 现场干扰信号
现场接线盒密封不严进入蒸汽，至使接线端子绝缘下降，出现联锁系统继电器线圈电压有时是100多伏，莫明其妙的吸合。有时该释放时不释放，造成逻辑出现混乱而停车。
2.3 继电器触头松开
继电器由于质量问题，使用时间不长就出现了通电继电器常开触头不能闭合和时断时接的情况，出现莫明其妙的跳车。有时是报警触头松开出现报警，而跳车触头没有松开面没有跳车，故障千奇百怪。
3 技改解决方案
3.1 短路接地故障查找及解决
我们所碰到的短路接地故障99%是瞬间打火，主开关跳闸现象。打火结束后故障消失，用500v电阻表也测不着短路点。面对上百个来自现场的信号，只能一个点一个点排查，用了近2天时间，发现穿线管内有一处电缆破了，在振动状态下碰壁打火短路接地。由于穿线管内电缆有余量，剪掉电缆破损一节重新接好，故障消失。
对于接线盒内数十处使用了没带绝缘把的接线片，采用黑胶布包扎绝缘，绝缘降低短路接地瞬间打火，故障时有时无，外观观察不出任何痕迹，只有把接线片取下来才能发现下面有打火时烧焦的痕迹。这种故障查找费了好大的事，经过三番五次查找才得以确定。更换了带绝缘把的接线片，故障消失。
对于一处接线使用了多股软线，没用接线片压接，而是在接线柱上缠绕了3圈也没有压接垫片就进行了紧固，结果在振动状态下逐渐松开，较长的多股软线碰壁打火短路接地造成主开关跳闸停车。把多股软线重新用线鼻子压接接好后，故障消除。
为了尽快锁定短路点，我们对来自现场的80多组信号都加装了带保险的接线端子，经试验，只要有短路点，相应保险端子立即熔断，很快就锁定短路点，查找故障极其方便，缩短了停车查找故障时间。
3.2现场干扰信号故障解决
面对莫名其妙的继电器吸合或断开，造成的停车百思不得其解，终在打开现场全部接线盒时发现多数接线盒内由于进了蒸汽，接线端子发生锈蚀，绝缘下降，从而引发干扰信号既接线端子间的串电现象，造成联锁系统误动作停车。根据上述原因，重新更换了所有接线盒内接线端子及重新更换线盒密封圈，故障彻底消除。
继电器触头松开故障查找。初几次的跳车后，查dcs所有记录，只有终跳车结果信号，没有故障信号。经分析，我公司的二氧化碳压缩机继电器联锁系统报警记录是dcs开关量卡i/o点接到一组继电器的剩余触头上完成的。dcs开关量i/o来记录继电器触头的开关状态，其它触头用于联锁连接(一个继电器共有4组触头)。dcs报警记录只能做到1秒间隔，而继电器联锁系统跳车，在十几毫秒之内就已完成，dcs打印出来的信号只是在同一时刻内，先后分不清楚。再加上初期继电器触头松开使处于临界状态，快速时通时断，跳车结束后故障又消失，这就对查找故障及判断故障来极大困难。
后来几次出现了跳车报警，但实际没有跳车，故障原因锁定在继电器部分触头松开是主要原因，判断为继电器质量原因。
后一次停车，发现继电器常开触头带电时已彻底松开，故障为继电器质量原因终确定。
全部更换了日本原装继电器后，故障排除。在继电器联锁跳车信号终输出继电器前加一延时继电器，延时1-2秒，这时dcs报警打印可以打印出故障，但由于对机组会造成的危害尚不清楚，后取消了延时。
3.3plc事故顺序信号系统
技改项目增加一套plc事故顺序信号系统(soe)。soe系统plc采用三菱q06hplc代替dcs专门做开关量变化时刻记录用，利用q06h实现高速soe功能。新的系统将继电器开关量信号改接到plc开关量输入卡，如附图所示。dcs所需的开关量信号通过rs485通讯口实现。
附图 plc事故顺序信号系统
通过梯形图软件编程，报警记录周期小于1/4毫秒，比目前市场的soe(事故顺序记录)仪表快出4倍多，每次停车都可以清楚地打印出故障，这种办法可以很好解决继电器联锁机组控制系统快速停车而报警记录打印慢的问题。
plc具有抗干扰能力强使用寿命长运行速度块的特点。用它来做soe可以达<0.25ms/256点，完全满足各类高速soe的需要。配接dcs可以实现与plc的通讯，方便实现记录存储打印功能。采用plc一个扫描周期为时间的基本单位(分辨率)，并且一个扫描周期向一秒计数器(如d227数据寄存器)计数一次，秒计数器(d227)一秒末清零一次。当有联锁点(i/o)状态发生变化时，将系统时钟月、日、时、分、秒及秒计数器(d227)当前值计入plc的一组数据寄存器保存。根据二氧化碳压缩机控制系统联锁点在故障停车后，不是马上恢复，而是在确认复位或开车后恢复的特点，设计每一联锁点只有两条时间记录，即断开一条闭合一条，是固定寄存器记录方式，固定记录方式与传统soe栈式记录方式不同，无用信息不会将记录缓冲区顶满。当然开车前或后一定要打印本次故障停车事件顺序记录，否则停车后，上次故障停车事件顺序记录将被冲掉。为了提高系统抗干扰能力，plc(i/o)各点都加20毫秒软延时。q06hplc通讯模块采用qj71c24 rs485串行通讯模块，与dcs通讯时不占plc cpu时间，而plccpu与qj71c24交换数据采用并行方式，速度极快，不影响plccpu扫描周期，从而plc可以实现分辨率小于1/4毫秒高速采集记录。
MC340/TWIN是德国STAMA公司生产的双主轴加工中心，由于烧毁严重，无法恢复原系统。技术改造工作采用德国SIEMENS-840D控制系统更换原机床配置的日本FANUC-15M系统，涉及到大量的硬、软件技术，文章简略地介绍了有关的改造方法和技术。
MC340/TWIN双主轴加工中心是1994年从德国STAMA公司进口的数控机床，因意外事故几乎报废。我们除对损坏的机械部件修理复原外，还对其控制系统进行了更新式设计、改造。
1 CNC八轴控制
原八轴的控制
原控制系统是日本FANUC-15M系统，其CNC部分直接控制两个主轴(一个电动机驱动两个主轴，即C轴)和X、Y、Z、A四个轴，并通过PLC和STAMA公司自制的接口控制回转工作台(C2轴)、刀库轴(Q轴)和直线运动式机械手轴(V轴)。PLC共占用I/O点为288/192点。C2轴(回转式工作台)分为两个工作区，在一个工作区进行加工的另一个工作区可以装卸工件，两个工作区每循环一次就可以加工出八个工件。原机床的换刀有其特殊性，由Q轴(刀库轴)、V轴(直线式机械手轴)和Z轴等三个轴共同配合完成换刀动作。其过程是：当有换刀指令时，Q轴转到正确刀位，V轴带着机械手到刀库取刀，再移动到主轴端，机械手的另两爪抓住主轴上的两把刀，通过Z轴向上运动来拔刀，机械手转动180°以后，Z轴又下降将新刀插入主轴，V轴再回到刀库将换下的刀插入刀库原位置。换刀全过程涉及到三个轴的运动和机械手的各种动作，以及大量的电磁阀和位置检测元件，整个动作比较复杂。
图1
图2现八轴的控制
由于FANUC-15M系统是对我国禁运的产品，经调研论证后，我们选用了四轴联动的SIEMENS-840D数控系统。主轴和X、Y、Z、A轴直接由CNC控制，可完全达到原来的技术指标。而原PLC控制的C2、Q、V三轴，也改为CNC直接控制。由于选用的西门子标准操作面板不占用外部I/O点，伺服电动机内部有专用的位置编码器，节约了大量的I/O点，PLC控制占用的I/O点减少到192/160点。实现了原机床的PLC功能，优化了PLC程序，改善了原机床的功能。具体方法如下述。
Q轴的控制方法 原Q轴的控制框图如图1。当CNC发出换刀指令时，通过PLC送出数字指令和各控制信号，通过接口电路转化为模拟指令，再通过西门子驱动器驱动电动机转动。随刀库同步转动、且对应56把刀的编码器ENC2将刀号的粗位置反馈回PLC，达到粗定位的目的，再由精密电位器：来**定位，进而进行后续的换刀工作。在此机械传动链中，以上两个位置传感器均不安装于电动机内。机械传动链示意图如图2。
经过多级齿轮和蜗杆、蜗轮传动，电动机与编码器(ENC2)的传动比为157.357/1，而电动机与精密电位器(R)的传动比为2.81/1，均不为整数。与系统配套的伺服电动机内装有增量编码器，但用来确定刀具位置就不合适了，因为其没有一一对应的关系。在分析了整个刀库传动机构和编码器特性后，我们采用了外置增量式编码器，安装于电位器R的位置，即编码器与刀库的传动比为56:1，这样就可以像X、Y、Z、A轴一样，方便地回到参考刀位(定为1号刀)，且每一刀位又和编码器有一一对应关系，这种对应精度又因CNC的128倍频的作用而胜于原精密电位器定位，从而达到了粗精定位两种目的，实现了刀库轴的功能。
V轴的控制方法 原控制框图类似于Q轴控制图，只是没有电位器精定位。V轴位置由编码器(ENC2)来检测。本次改造中V轴的控制也采用直接由CNC控制。由于V轴藏于主轴立柱腔内，不便返回参考点，必须要有位置记忆，我们选用了与840D配套的位置编码器来覆盖V轴的全行程，再配合西门子电动机内置位置编码器共同完成V轴的**定位，达到的控制精度比原来的高。
图3C2轴的控制方法 C2轴原电气控制精度不高，其精度是由齿盘啮合来保证的。该工作台在0°和180°之间来回转动，控制框图如图3。其位置由0°和180°点上的两个限位开关检测。原理是：CNC发出工作区交换指令后，由PLC译码产生驱动指令，使工作台升起。再经接口板、驱动器驱动电动机按预定方向转动，由多个开关提供电动机需加速、减速和工作台到位与否的信号。工作台到位后，电动机停，工作台降下，完成一次转换过程。本改造中，该轴也改由CNC直接控制的西门子数字伺服电动机来完成。具体的动作过程和原来差不多，不同的是：①由于使用了数控伺服轴，且电动机内配有内装式增量编码器，要正常工作，必须开机回参考点，为了不增加新的元器件，对PLC程序作了特殊的编制，使开机后计算机根据开关状态自动设置坐标值，完成工作台不动作情况下的模拟回零操作。②它虽是作旋转运动，但由于机械结构限制，只能在0°～180°之间来回转动，类似于直线轴的运动特性。将其指定为直线轴，方能可靠地限制其在0°～180°之间转动，避免了旋转轴可能产生的360°转动，保证了工作台的可靠性。
PLC控制轴改为CNC控制轴的一些特殊性
原PLC 控制轴Q、V、C2 传动机构间隙较大，对位置精度要求不高，主要用速度环来控制。改为CNC控制以后，既有速度环，又有位置环及实时监控，容易产生位置偏差和速度偏差报警，这就增加了调试难度。在改造中，我们一方面加强机械传动链的刚性，另一方面又用加大间隙补偿，加大动静态位置检测公差，适当增大增益和到位检查时间，降低加速度和大速度等参数设定办法加以克服。
图4V轴结构不仅间隙大，弹性变形大，其结构示意图如图4。其机械手臂约长640mm，V轴在运行中的弹性变形通过丝杠随时影响着位置检测，使该轴在快速运动中容易产生振荡。根据这一特点在调试中要适当减小增益，降低速度，增加到位检测时间，方能保证系统稳定。图4
在换刀过程中，要涉及到Q、V、Z三轴运动。V、Z轴之间配合问题不大，Q、V轴的配合却存在一定问题，这是因为机床有双主轴，机械手每次要从刀库抓两把刀，两刀之间又相隔三把刀，加之Q、V轴的弹性变形，机械手从刀库取刀时，易产生干涉而报警，除了作上面调试外，还在PLC程序中设定分段的变速运动以克服两轴之间的干涉，保证了换刀可靠性。
2 改造效果
经机械大修和以上控制系统的重新设计改造，恢复了原机床的所有功能，各项技术指标均达到STAMA公司出厂时的要求：如X、Y、Z快移速度达到22m/min，进给速度达到1～10000mm/min，主轴转速6000r/min，还可任意角度定位。X、Y、Z的定位精度为6.546µm、8.254µm、9.621µm(出厂指标为≤12µm)，重复定位精度为µm、3.533µm、3.25µm(出厂指标为≤8µm)。系统控制稳定可靠，机床操作安全方便。