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基于SINMERIK801数控系统的普通车床数控化改造


21 0 0年 6月  

无锡商业职业技术学院学报 
J un 1o t iIs tt fC mme .  o ra.fW u  n tueo o x i w ̄

第 1卷 O

第 3期 

Jn 2 1  a. 00
Vo.0 No3 1   1 . 

基于 S N I ME I8 1数控 系统 的  RK 0

普通车床数控化改造 
王 志伟 
( 江苏信息职业技术学院 电气工程 系,江苏 无锡 24 5 ) 1 13 

【 摘

要】 用数控 系统对普通车床进行教控化 改造 , 利 是一条节约资金 、 快速上马的有效途径 。 文章提 出了运 

用西 门子 SNME . 0 I RI 1数控 系统 对 C 1 6卧 式 车床 提 出数控 化 改造 的 方 案 。 西 门 子数 控 系统 和 国产 驱 动 器  K8 A6 3 对

匹配 中所 出现 的 问 题 进行 了分 析 并提 供 了相 应 的 解决 措 施 。  

f 关键词】西门子 8 1 0 数控 系统; 普通 车床 ; 国产驱动器 ; 数控化改造 
[ 中图分类号】 G5 91 T   1.   【 文献标识码 】A   【 文章编号】 6 14 0 (00 0 - 14 0   17 - 86 2 1 )3 0 0 - 3 -

机床 数 控 化改 造 是 提 高 我 国技 术装 备 水 平 的  重要措 施 。 国 目前 拥有 大量超 期服役 和技术 陈 旧  我 的机 床亟待 更新 。但 由于成 品数控 机床 一般 较贵 ,  

1刀 架、 . 润滑 、 冷却部 分 电气 改造 

本 车床原 有 刀架 只能安 装两 把 刀具 。 一把 用 于  车 削普通 柱体 , 面及端 面 , 锥 一把 用 于加工 螺 纹 , 现 

普通 数控车 床 的售价 多 在 l 0万元 以上 。而 利用 数  改造成六刀架旋转式刀架系统, 通过加装六霍尔传  控 系统 对普 通车 床进 行 数控化 改造 。 是一 条节 约 资  感器检测刀位信号 .通过相应端 1接入 8 1 : 3 0 系统 
金、 快速 上 马 的有 效 途 径 , 功 能和 精 度完 全 能 够  在
及 机械 配件 。 同时选用 较 为廉 价 的国产驱 动器 及 电 

( 置如 表 2所 示 )采用 Z轴前 后走 刀 以实现 自动  设 ,
继 电器 的 动作 , 而 控 制相 应 接 触 器 的动 作 , 从 以达  到控制 目的。  

满足加 工 的要求 的前 提 下 , 留原有 电气 控制 电路  换 刀 。对 润滑 和冷却 部分 , 过 系统输 出控 制 中间  保 通

机, 可进 一 步 降低 改 造成 本 , 以特 别适 合 我 国 国  所 情 。西 门子 8 1 控 系统具 有 可靠性 、 定性 高 的  0数 稳
特 点 , 价 格 较低 , 以选 用 了西 门子 8 1数控 系  且 所 0

统 配合 国产 步进驱 动 器及 国产 步进 电机 , 在保 留原 
有 主要机 械部 件及 电气 控制 系统 的前 提下 。 点对  重

CK 16车床 电气部 分进行 了数控 化改造 。 J 63  




C t 1 6系统原 有框架  J< 3 6

CK 16车 床 机 械 部分 由床 身 、 J 63 床头 箱 、 速  变 箱、 进给箱 、 杠 、 丝 溜板 箱 、 刀架 、 床腿 和尾架 等 部分 

组成。其电气系统控制对象包括主轴电机( 双速 ) 、   刀架 电机 、 却 电机 、 滑 电机等 。以下将 对上述 对  冷 润 象 的电气控制 部分 进行 相应 改造 。  
二、 系统 改造 总体设 计 

图 1 d 63  O K 1 6车床 数 控 改 造 总体 框 图 

2行 程 检 测 改 造  .

本机床信号检测部分加装了 x轴 向左右限位 
开关 、 X轴零 点接 近开关 、 向左 右 限位 开关 以及  Z轴

根据 CK 16车 床原有 电气控 制 系统 , J63 系统 总  Z轴 零点 接 近开关 , 限位及 接 近 开关 均安 装 在机 床 

体设计框架如图 I 所示。  
【 收稿 日期】 0 0 0 一 2 2 1— 4 I 

本体上 , 限位 开关 起 硬 限位 的作 用 , 当车 床加 工 工 

【 作者简介】 王志伟( 9 4 ) 男, 1 7 一 , 江苏无锡人, 师, 究方 向为机 电控制及 自动化。 讲 研  

l4 O 

件 超 出J -范 围时 , 床 自动停止 加 工 。接近 开 关  jr n 车 的作用 是 当车 床刀 架 回零并 走到 车床零 点 附 近 时 ,  
接近开关 被 开启 并通知 车床减 速走 到零位 置 。  
3进 给 系 统 改 造   .
1. 00   1- 0】   1.  0 2

表 2 系统 输 入 信 号 说 明 

X10引脚编号  床 输 入 信 号  X1 1 o  车 0  引脚编号 车床输 入信号    2 硬 限 位 X ( 闭] I.   +常   1   0 3 硬 限 位 X ( 开] I.   一常   11   4 X零 点 接 近 开关   I.   1  2 2   3   4   刀 架 信 号 T  l 刀 架 信号  刀 架 信号 -   I 3

考 虑 到 该 数控 系统 是 开环 控 制 ,没 有位 置 反 

馈。 故进 给 系统 尽 可能 的要减 少 中间传 动环 节 。本  车 床 的 X、 Z两轴 进 给 系统 采 用 了步 进 电机 + 刚性  联轴 器+ 滚珠 丝杆 的传 动方 案。 根据计 算 。 要求 步进  电机 的扭矩 在 5N 以上 。我们选 用 步进 电机 是 三   m 相混 合式 步进 电机 10 Y 30 其 静力 距 可达 8    B G5, 1 —
2 Nm,完 全 满足要 求 ,且性 价 比高 。选 用 驱 动器  0.

1. 0  3
1.  0 4 1. 0  5 1. 0  6
1. 0  7

5 硬限位 z (   +常闭) 1    I. 3
6 硬 限 位 Z ( 开 ) I.   一常   1   4 7 Z零点 接 近 开 关  I.   1  5 8  
9  
1  0

5  
6   7   8  
9  
1  0

刀架信号 T   4
刀 架 信号 T   5 刀 架信 号 T   6

卡 盘脚 动开 关  I.  1 6
急停 按 钮 
M2   4

I. 1  7

表 3 系 统输 出信 号说 明 

Q HB 2 M 为 等角 度恒 力矩 细分 型驱 动器 。 动 电  3 20 驱
压 为 A 1 0 2 0 适 配 电流 在 70 以 下 , 径  C 1V一 2 V, .A 外 8 — 3 m 的各 种型 号 的三 相混合式 步进 电机 。该  6 10 m 驱 动器 内部 采用 类 似伺 服控 制原理 的电路 , 电路  此

X 0  2 o引脚编号  车 床 输 出 信 号  X O  2l 引脚编号  车床输出信号  

Q. oo   Q. o1   Q .  o2 Q. o3  

2   3   4   5  

主轴正转  主轴反转 

Q1   2 . o   Q11 .   3  

主轴 电源  无定义  无定义  无定义 

刀库正转 c w  Q1   4 . 2   刀库反转 C W  Q . C 1  5 3  

可 以使 电机 运 行 平稳 , 几乎 没 有 震 动 和噪 音 , 机  电 在 高速 时 , 矩 大 大高 于二相 和五 相混 合式 步 进 电  力 机 。定 位 精 度最 高 可 达 6 00步, , 00 转 并设 有 1 6档  等角 度恒 力矩 细 分 。该产 品广泛 应用 于雕 刻 机 、 中  型数 控 机床 等分 辨率 要求 较高 的大 、 中型数 控设 备 
上 , 特点 是高 性能 、 其 低价格 。  
4主 轴 系统 改 造  .

Q .  6 o4   Q. O5   Q. O6   7  

冷却控制输 出  Q .  6 I 4   润滑输 出  卡盘放松 
M2   4

Q. 1  7 5   Qt   9 . 7  
1  0 M2   4

8 主轴电机快慢调节  .   Q1   8 6  
1  0

Q. O7 9    

6西 门子 8 1系统 与 机 床 电路 转 接 板 的 设 计  . 0

为降低 改 造成 本 , 以在保 留原 有双 速 电机 控  所

根据 电路功能 需 求 。系统 配 置 了行 程 开关 、 接 

制线路 的前提 下 ,加装 主轴 增量 式 +V编 码 器 , 5 并  近 开关 、 急停 按 钮 、 码 器 等 2 编 2个 输人 点 。 过 多  通 将 主轴 转 动信 息传 给西 门子 8 1系统 , 于 主轴 的  股 信 号线 直 接 与 西 门子 8 1系统 相应 端 口直 接 相  0 用 0
准停 以及 螺纹 的加 工 。编 码 器 端子 功 能 如 表 l 所  连 。由于原 有输 出 电路 交流 接触 器 ( ) 8个 线圈 电压 
示。  
表 1 主 轴 编 码 器接 口 × 3引脚 分 配 

为 10 1V,故 通过 中间继 电器 对 接触 器进 行通 断控 
制 ,共 需 中 间继 电器 8个 ,型 号 为 ( S 2 — 一 D Y Y S  2 4 )其 参数 为触 点 1 10 AC、 圈 2 V, 2L , M 2V 线 4 以满 

引脚  说 引脚  说  引脚  说 引 脚  信 说  编号 信号  明 编号  号 明 编 号  号  信 信 明 编 号  号 明 

足 系统 输 入输 出 的要 求 。其 转 接 板 电 路如 图 2所 
示 。改造 后 的系统 接线如 图 3所示 。  

1  
2   3  

nC  ..
n C  .. n C  ..

5   nC ..  

9  

M  0 V  l   B 3   I   1  1 4   I  

6  P MSU   l   Z S  0 0   I  
_

7  

M  0   l  Z N  I V l     nC  .. 1  B N  I 2  
_

l   A  王 5  

4 P      8   5 MSU0  

其 中 ,为+ V输入信 号 ,。 电源 电压 输 出 。 I 5 u 为  
P5


MS接 电源 + V, 5 M为 信 号接地 , A及 A N为 A -  
图 2 系统 转 接 板 

相输入信号 , B N为 B相输入信号 , Z N B及 _ z及 _   为 零脉 冲输入 信号 。  
5西 门子 SNM ELK 8 1系统 输 入 输 出端 口 . I tI  0  
配 置 

三 、 装及调 试  安

在 系 统接 线 完 毕后 , 即进 行 系统 测 试 , 测 试  在 中出现 如 下 问题 : 系统 上 电后设 定 参 数 , 给定 控  在

根据 车 床原有 电气 配置 , 改造后 系统 的输入 信 

号及输出信号设置如表 2 和表 3 所示。  

制信号的前提下, 门子 8 1 西 0 数控 系统在给驱动器  同 时加脉 冲 、 向信 号及 使能 信 号 , 方 主轴 电机 、 润滑 
】   05

图 3 系统 接 线 图 

电 机 、 却 电机 等 均 能可 靠 运转 , 步 进 电机 无法  制功能 之外 , 好地 解 决 了西 门子 数控 系统 同 国产  冷 但 很 经 完 正 常工作 , 过测试 发现 , 通 步进 撤销 使能 信 号 , 步进  步进 驱动 系 统 的参 数 匹配 问题 , 实 际使用 , 全  符 合设 计 要 求 , 同时 极 大地 降 低 了 改造 成本 , 同时  电机 正常运 转 。  
四 、 束语  结

该设计 思 路 也 可运 用 于铣 床 、磨 床 等 的经 济 型 改 

具有非 常广 的市场 前景 。   该课 题利 用 经 济 型西 门子 8 1数 控 系 统 针 对  造 , 0

CK 16进行 了数 控化 改造 , 了保 留原有 电气控  J 63 除

【 考 文 献】 参  
[ ]S N M R K8 1安 装调 试 手册 [ B O ] t p / w w. d. 1 m n C m. n d w l a / n o  1 lU E I 0 E / L .h t : / w a S  e s. O c / o n o d I f . e [ ]谢元 书 . 门子 8 2 2 西 0 D系统 在 C 1 2 6 1 5车 床 数 控 改造 的 应 用 [ ] 机 床 电器 , 0 9 4 . J . 2 0 ( )  [ ]顾 哗 . 控 加 工 与 编程 [ ] 北 京 : 民大 学 出版 社 。 0 9. 3 数 H . 人 20   [ ]周 兰 , 4 陈少 艾 . 敷控 机床 故 障诊 断 与 维修 [ ] 北 京 : 民邮 电 出版 杜 , 0 7  M . 人 20 . [ ]王永 红 , 玉梅 . 5 刘 自动 检 测技 术 与 控 制 装 置 [ ]. 京 : H 北 化工 工 业 出版 社 , 0 6. 20   [ ]吴祖 育 。 鹏 飞 . 控机 床 [ ] 上 海 : 海科 学技 术 出版 社 ,0 7. 6 秦 数 M . 上 20  

【 编辑: 林钢】  


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