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案例详细

标题

安钢二轧厂轧辊磨床数控系统的改造

技术领域

工控机

行业

简介

本文介绍了数控磨床的改造方案实例，成功将一台快要淘汰的旧磨床改造成为一台高效率的数控轧辊磨床，设备生产能力明显提高，具有借鉴和推广意义。

内容

董新录

男，1999年毕业于郑州大学自动控制专业，电气工程师。

摘要：本文介绍了数控磨床的改造方案实例，成功将一台快要淘汰的旧磨床改造成为一台高效率的数控轧辊磨床，设备生产能力明显提高，具有借鉴和推广意义。

关键词：数控磨床；人机通信（MMC）；优化；数字控制（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An efficient roll grinding machine is reconstructed from the outdated equipment,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

    安钢二轧厂原有轧辊磨床是1996年意大利INNSE公司生产的数控磨床，使用至今，由于缺少完整系统的大修，维护保养不够，并且早已超过了磨床的大修周期，磨床资料、备件不完备，致使磨床故障率高，精度和效率降低，已经不能满足轧钢生产对轧辊的需求，成为我厂制约轧钢生产的一个重要因素。为此该厂决定对现有磨床进行升级改造，以期满足生产的要求。

2 旧机床系统及规格参数简介

    该旧磨床是由INNSE公司生产的一款RCH72" /4B×8000CNC数控磨床，共有X、Z、Y、E、V1、V2、U,共7个进给轴和2个主轴，磨削曲线采用X、Z联动完成。数控控系统采用SIEMENS公司的SINUMERIK 840C数控系统和INNSE公司自行开发的INNSE电子控制系统，PLC采用SIEMENS公司的S5－135，进给轴控制采用SIEMENS公司的SIMODRIVE 611A系统和1FT5系列伺服电机，主轴为2台直流电机，由SIEMENS的6RA24直流调速器控制。具体性能参数如下：

    新砂轮可磨最大辊径：1830mm

    新砂轮可磨最小辊径：460mm

    顶尖中心距离：0—8000mm

    工件床身中心高度：1200mm

    托架承重：1500KN

    头座和尾座中心角：75?

    托架垂直和横向行程：5mm

    砂轮直径：915mm

    砂轮宽度：76—152mm

3 改造方案设计

3.1 主控系统的改造

    首先对主控系统进行升级，摒弃市场已淘汰的840C和INNSE电子控制系统，采用SIEMENS新一代全数字分布式SINUMERIK 840D数控系统，PLC由原来的S5-135升级为内置S7-300可编程控制器，机床外部的I/O接点通过PROFIBUS工业现场总线传输到中央控制系统。

3.2 驱动部分

    由于原来的伺服控制系统SIMODRIVE 611A是模拟系统，和改造后的全数字840D系统不兼容，故而采用相应的SIMODRIVE 611D数控系统，611D驱动采用双轴模块，它是新一代数字控制总线驱动，既节省了空间又降低故运行故障率，电机由原来的1FT5系列改为1FT6系列的伺服电机，主轴的2台直流电机利用旧电机，把直流控制器由6RA24升级为6RA70全数字直流调速器。

3.3 人机接口及通讯

    人机接口功能由新型高性能SINUMERIK PCU50模块完成，OP单元采用主流的OP015，操作系统MS-WINDOWS XP。利用西门子HMI Programming Package软件包开发轧辊磨床专用人机接口界面，中文显示，操作画面简洁明了，参数调整方便简单，满足磨削工作中各种要求，能够实现磨床自动控制和自动磨削测量过程的模拟显示(动态仿真)、曲线编程、手动调整、测量精度显示以及打印和存贮。

    由于SINUMERIK 840D的强大通讯功能，采用MPI总线，OPI总线和PROFIBUS总线多种总线技术，使得现场采集数据和处理速度快捷、流畅，做到了机床的实时控制和准确控制。

3.4 测量系统

    由于1FT6系列伺服电机自带编码器，所以几个进给轴直接采用电机编码器反馈进行控制，对于精度要求较高的磨削曲线轴X轴，除了电机编码器反馈外，另加一个HEIDENHAIN LS106直线光栅尺，作为第二测量系统实现全闭环控制，提高精度。卡钳测量系统为3点式测量，分别采用3个HEIDENHAIN MT25W短光栅尺实现精确测量。

3.5 机床诊断与报警功能

    数控机床既要求高精度和设备及人身安全，又要满足磨削工作的高效率，所以机床必须具有完备的自诊断和报警保护功能，在这方面SINUMERIK 840D提供了全面的诊断与保护功能，每次开机，840D都要对系统硬件进行自诊断，并且在运行中对重点元件进行实时监控，还提供详细的NC报警与信息，PLC报警由用户根据需要自己编写内容，通过PLC程序进行监控，报警文本可以嵌入840D在显示器上进行显示，方便了操作与维护。

4 联机上电调试与优化

4.1 硬件的连接

    根据各部分元件的接口要求，将数控系统与驱动单元、MMC、PLC分别进行连接正确，驱动总线和设备总线的连接，切记要注意电源极性的正确连接，否则可能造成设备事故或人身伤害。各个部分连接完成后，进行互连，要注意各种总线的使用要正确，总线使用的接口要保证正确。

4.2 上电前的检查

    在所有硬件连接完成后，为了确保上电调试的顺利，要进行最后的详细而仔细的检查，这是一步必要而必须做的工作，确保无误后，才可以上电调试。

4.3 上电调试

    上电检查各个部分正常后，首先对MMC安装必要的系统软件和应用软件。第一次上电，启动，由必要对系统进行总清，包括NC和PLC的总清，使所有机床数据被预置为缺省值，待系统启动正常后，传入PLC程序，当NC、MMC、PLC都启动正常且通讯正常后，调试现场各部分限位及保护开关等，进行驱动的配置，驱动配置可以在MMC上直接完成，也可以通过SIEMENS的Symantec PcAnywhere软件直接在PC上进行驱动配置，驱动配置完成后重启系统，这时驱动模块上的红灯应该灭掉，表明驱动系统正常，然后就可以进行各进给轴的试运行了。两个主轴直流电机控制器6RA70的调试是单独进行的，输入参数，通过PLC程序控制，试转主轴电机后进行优化运行，一切正常后，机床就具备了试磨辊的条件了。

5 改造效果

    表1是对试磨的轧辊中抽查两种辊的辊型进行测量数据结果：

                                        表1

轧辊类型	圆度mm	圆柱度mm/m	曲线误差mm/m	表面光洁度
支承辊	0.008	0.007	0.005	Ra0.4μm
工作辊	0.007	0.005	0.004	Ra0.4μm

（其中支承辊曲线中凸0.47mm，工作辊曲线中凸0.20mm）

通过一段时间的试磨辊运行，充分体现了新一代数控系统SINUMERIK 840D的性能优越性与强大功能，整个机床运行平稳，故障率低，磨削质量及磨削效率明显提高，从表1测量数据看出，磨削精度达到了改造的目的要求。