SINUMERIK840D数控系统在改造数控仿形铣中自动换刀程序的设计
一台95年法国FOREST-LINE公司制造的龙门式3+2轴数控仿形铣加工中心，因机床的MUM760F数控系统严重老化，导致机床故障率高，加工精度差，同时由于数控系统内部功能的缺乏，导致某些特殊型面的加工无法完成，满足不了加工需求。因此需要对该机床的数控系统进行改造，经过系统选型和方案比较，选用了SINUMERIK系列产品：840D数控系统和611D伺服驱动，并配以IPH7/IFT6/IFK6系列电机。本文将对SINUMERIK 840D数控系统在数控仿形铣床系统改造方面的应用做一些阐述和介绍。
一、数控仿形铣原数控系统介绍：
1.机床整件描述
FOREST-LINE 3+2轴数控仿形铣床的龙门式加工中心，工作台面2m×4m，载重30吨，X轴行程4500mm，Y轴行成640mm。数控仿形铣技工系统配有刀具，附件库有3个附件头，它们分别为RM40多功能铣头，AL40加长铣头，护板铣头。
2.机床数控系统改造前配置简述
3.机床数控系统改造后配置简述
（1）NCU数控单元
数字控制核心NCK的硬件装置：NCU单元集成了SINUMERIK 840D CNC CPU和S7-300 PLC CPU芯片，包括数控软件和PLC软件。数控铣系统选型为NCU573.5。
（2）人机交互装置
数控铣加工中心选用PCU50，其人机操作界面选用OP010以及MCP，两者建立起SINUMERIK 840D系统与机床操作人员之间的交互界面。同时配备HUU手持单元。
（3）可编程控制器PLC
（4）驱动装置
数控系统伺服驱动选型为SIMODRIVE 611D，配以IFT6/IFK6进给电机和IPH7系列主轴电机。
二、数控仿形铣改造后的数控系统配置概述
1.外挂系统组成
X、Y、Z三轴的位置反馈仍采用HEIDENHAIN LB326光栅尺，给SIEMENS SUV进行信号转接后联入840D系统。W轴横梁轴仍采用受控于840D系统PLC的LEROY SOMER变频器进行高低两位置的调节控制。CAD/CAM三维图形编程仍采用CIMATRONE，但其后置处理程序是针对840D系统重新编制的。测量系统仍采用RENISHAN测头，但改用无线接收的找正系统。
2.SINUMERIK 840D系统在数控仿形铣改造中自动换刀程序的编制
在ม采用SINUMERIK 840D改造数控铣系统的工作中，自动换刀程序的编制作为一个难点。在机床加工的过ฎ程中，依据零件加工程序中对于刀具的要求，对刀库中30把刀具中的目标刀具进行准确的选择换刀、自动补偿、自动连续加工；有时候需要先退刀，然后交换合适所选刀具的附件头，最后再挂刀加工；有时候需要根据所要更换刀具或附件的长度要求自动调整横梁W轴的高低位，这就是自动换刀程序需要实现的功能，特别是后两种情形较为复杂，对于换刀，换附件，横梁换位后进行连续加工时各轴定位的精度要求非常高，故程序的编制较为复杂。
3.宏程序的编制
数控铣系统改造中自动换刀程序主要是通过编写宏程序，联系相关的机器参数、接口信号以及PLC程序来实现的。
与自动换刀程序有关的宏程序列表如下：
上述与自动换刀有关的宏程序有部分被定义为M功能，由零件加工程序直接编程时使用，有些则由宏程序在其内部调用，如CONTROL1～CONTROL9。
ฟ4.R参数在编程中的应用
在CONTROL10自动换刀宏程序中，涉及到许多变量计算，主要包括换刀前各轴的位置记忆、横梁高低位置记忆、附件头类型记忆、刀具数据记忆等，这些数据在更换刀具、交换附件、横梁移动完毕以后经重新计算后才能保证连续加工作业的进行。在宏程序中使用R参数，编程可以简化变量计算，故宏程序中的R参数主要是在换刀交换、附件头交换及横梁位置控制时记忆和处理各轴的运行状态、标志位和位置值、涉及使用的R参数定义如下：
5.接口信号的使用
840D系统的接口信号是非常繁杂的，正确合理地使用接口信号进行编程是设备稳定工作的前提，下面只针对数控铣自动换刀编程中的接口信号进行简介。
6.宏变量定义
宏程序中的R参数主要是在换刀具，附件头交换及横梁位置控制时记忆和处理各轴位置值，而机床动作的标志位有很大一部分是有宏变量来处理的，与自动换刀程序有关的宏变量定义如下：
7.信息报☏警接口信号简述
数控机床故障报警信息在机床维修时可提供技术参考，指明维修方向，所以编制完整准确的故障报警信息尤为重要。在数控铣系统改造过程中，除了系统所具有的故障报警信息外，还编制大量的用户报警信息。
数控铣用户报警信息主要分为两大部分：以65000开始的故障信息主要在宏程序中编制，出故障时需要调看相应宏程序内宏变量的状态，宏变量对应的接口信号如前面所述，涉及自动换刀的该类故障报警有10条。
8.STEP 7程序结构简述
SINUMERIK 840D系统集成了S7-300-20P的PLC，并通过通讯模块IM361扩展外部的I/O模块。PLC程序采用了STEP 7编程。因数控铣自动换刀程序主要采用宏程序编制的，故在此只对STEP7程序中用户编制的功能块及数据块的定义作一个简述：
通过SIEMENS家族中这两大类产品的使用，我们体会到：SIMATIC自动化产品和SINUMERIK数控产品虽然属于不同类别的产品，但是两者之间联系十分紧密。以840D系统为例：SINUMERIK 840D的PLC实际上是SIMATIC的S7-300集成在NCU内部：NCU与系统其它部件的联系也是通过SIMATIC产ง品的标准通讯协议ProfiBus-DP及MPI来完成的；通过ProfiBus扩展的I/O模块以及功能模块也是SIMATIC的标准产品：STEP 7是SIMATIC S7-300/400的编程工具，其硬件配置、网络组态、程序编制均一样；PROTOOL可以为SIMATIC的OP/MP人机面板编制图形，也可以为SINUMERIK 840D的HMI开发图形界面。
改造后的数控铣机床，不论从系统的稳定性，还是从系统的功能上看，840D数控系统与FOREST-LINE机床融为一体，表现出卓越的品质。
