5.2 Модернизация станков чпу на базе систем чпу sinumerik

Системы ЧПУ SINUMERIK фирмы SIEMENS имеют модульную конструкцию и большой набор компонентов для реализации любой конфигурации. Подробная информация о параметрах систем ЧПУ и их основных компонентах приведена в русскоязычном каталоге NC 60, а также на сайте www.siemens.ua/mc.

Система содержит в себе три базовых комплекта, которые отличаются, главным образом, количеством управляемых осей и набором реализованных функций:

• SINUMERIK 802 c модификациями S, C, D.

• SINUMERIK 810D.

• SINUMERIK 840D.

Системы ЧПУ снабжены модулями привода SIMODRIVE, которые разработаны специально для станков с ЧПУ. Предусмотрены также модули позиционирования FM STEPDRIVE.

Основными компонентами управления в системах ЧПУ SINUMERIK являются панель оператора OP, а также терминальные блоки NCU (Numerical Computer Unit), станочные пульты MCP, электронные маховички,. Процессорные модули оснащены операционной системой Windows NT 4.0.

При выборе системы ЧПУ следует руководствоваться назначением каждой системы.

Системы SINUMERIK 802 предназначены для токарных, фрезерных, сверлильных и шлифовальных станков. SINUMERIK 802D представляет собой один блок PCU (Panel Control Unit), предназначенный для решения относительно простых задач – управления четырьмя осями и одним шпинделем. Для управления автоматикой предусмотрен модуль РР 72/48, а для управления приводами – преобразователь SIMODRIVE 611 universal Е с аналоговым каналом.

Пример схемы подключения системы SINUMERIK 802C приведен на рисунке 5.1.

В системах SINUMERIK 802 количество одновременно интерполируемых осей не превышает трех. Привод шпинделя может управляться по скорости или положению.

Обработка сигналов датчиков положения осей в SINUMERIK 802S/802C выполняется в модуле системы ЧПУ, а в SINUMERIK 802D – в цифровых модулях привода SIMODRIVE 611 E (universal).

Рисунок 5.1 - Схема подключения SINUMERIK 802C

Ограничение движения по координатам обеспечивается с помощью аппаратных и программных конечных выключателей. Аппаратные бесконтактные конечные выключатели устанавливаются для исключения аварий при работе на ускоренном движении и при движении с рабочей подачей. Для уменьшения зоны перемещений могут быть установлены программные выключатели быстрого и рабочего хода. Предусмотрена также функция “Наезд на твердый упор”, которая необходима, например, для фиксации задней бабки при зажиме детали в центрах.

Погрешность ходового винта или измерительной системы может быть компенсирована по таблице компенсаций, составленной по результатам измерений фактических отклонений.

Система SINUMERIK 810D объединяет в одном модуле CCU (Compact Control Unit) все задачи ЧПУ, программируемого контроллера и коммуникации. CCU находится в одном корпусе с интегрированными силовыми модулями, обеспечивающими работу с двумя приводами подачи и одним приводом шпинделя. С целью расширения количества осей (максимально до 6) используются специальные платы расширения и преобразователи SIMODRIVE 611 с цифровым интерфейсом.

Системы SINUMERIK 840D – это системная платформа, на которой можно реализовать наиболее сложные задачи управления. В комбинации с программируемым контроллером SIMATIC S7-300 и преобразователями SIMODRIVE 611 digital она позволяет создавать комплексы программного управления с числом управляемых осей от 2 до 31.

Пример схемы подключения системы SINUMERIK 840D показан на рисунке 5.2.

Система построена на базе многопроцессорного модуля NCU (Numerical Control Unit), в котором объединены задачи числового программного управления, логического управления автоматикой (PLC) и коммуникации. К этой системе ЧПУ могут быть подключены:

• Панель управления с PCU (Panel Control Unit) или модулем MMC (микрокартой памяти), станочный пульт, кнопочная панель и другие средства ручного управления.

• Система преобразования SIMODRIVE 611 digital.

• Программатор.

• Периферия PLC SIMATIC S7-300.

• Децентрализованная периферия (станция ЕТ200М) через шину PROFIBUS.

• Модуль простой периферии EPP (64 входа и 32 выхода 24В с клеммными колодками).

• Терминальный блок NCU (один или два) для обеспечения безопасности рабочих движений на станке. Он подключается к приводной шине и в него можно вставить до 8 компактных модулей ввода/вывода DMP. Блок NCU с модулями DMP обеспечивает быстрый синхронный ввод/вывод дискретных и аналоговых сигналов системы безопасности. На каждый терминальный блок можно подключить до 16 цифровых каналов ввода/вывода или до 4 каналов аналоговых вводов/выводов.

Рисунок 5.2 - Схема подключения SINUMERIK 840D

Приводная система SIMODRIVE 611

Приводная система SIMODRIVE 611 выполнена в единой конструкции по модульному принципу. Благодаря стандартным интерфейсам и соединениям пользователь может построить конфигурацию с любым сочетанием координатных осей и шпинделей.

Приводная система состоит из следующих компонентов:

1. Трансформатор (при необходимости согласования напряжений).

2. Сетевой фильтр и коммутирующий дроссель для снижения уровня радиопомех, генерируемых преобразователями частоты.

3. Модуль питания (нерегулируемый UE-модуль или регулируемый модуль питания/рекуперации E/R).

4. Силовые модули (преобразователи частоты для двигателей).

5. Платы управления (аналоговые, цифровые и универсальные), настроенные на определенные типы и технологии использования двигателей.

Приводная система подключаются к сети с глухозаземленной нейтралью (TN-сеть) напряжениями 400В, 415В или 480В частотой 50/60 Гц в такой последовательности: трансформатор (при необходимости), фильтр, коммутирующий дроссель, модуль питания.

Модуль питания вырабатывает постоянное напряжение 490В или 680В для промежуточного контура, а также напряжения для электроники.

Напряжение промежуточного контура может быть нерегулированным или регулированным. Нерегулированное напряжение применяется для приводов мощностью 5, 10 и 28 кВт с незначительными динамическими нагрузками. Регулированное напряжение от модулей E/R применяется для приводов мощностью от 16 до 120 кВт в следующих случаях:

• высокие динамические требования к приводам станков;

• частые циклы торможения и высокая энергия торможения;

• выдвигаются требования оптимизации эксплуатационных затрат.

С помощью регулируемых модулей питания/рекуперации избыточная энергия промежуточного контура, которая возникает, например, в режиме торможения, возвращается в сеть. Таким образом, получаются оптимизированные параметры для охлаждения распределительного шкафа и рентабельный баланс энергии для пользователя.

Кодовым переключателем можно выбрать разные рабочие функции модулей E/R:

1. Регулированный режим на напряжении промежуточного контура 600 В DC или 625 В DC с нагрузкой синусоидальным током.

2. Нерегулированный режим на напряжении промежуточного контура 490 В DC (при 3 AC 400 У) с или без сетевой рекуперации.

3. Прямое использование сети TN 3 AC 480 В +6 % -10 %; 50 Гц/60Гц на нерегулированное напряжение промежуточного контура 680 В DC с сетевой рекуперацией.

Внешний вид модуля питания изображен на рисунке 5.3.

Рисунок 5.3 - Внешний вид модуля питания для SIMODRIVE 611

Напряжение промежуточного контура от силового модуля подается на все силовые модули линейки приводов SIMODRIVE 611.

Силовые модули управляются системой ЧПУ через платы управления. Цифровые сигналы управления передаются по приводной шине ЧПУ. Внешний вид силового модуля SIMODRIVE 611 приведен на рисунке 5.4.

Рисунок 5.4 – Внешний вид силового модуля Simodrive 611 (плата управления снята)

Структурная схема приводной системы SIMODRIVE 611 показана на рисунке 5.5.

Рисунок 5.5 – Структурная схема приводной системы SIMODRIVE 611

Цифровые платы управления системы SIMODRIVE 611 вставляются в силовые модули и используются для управления трехфазными серводвигателями 1FT6/1FK или линейными двигателями 1FN приводов подачи, а также двигателями 1PM/1PH/1FE1 для привода шпинделя. К цифровым платам управления можно подключать датчики, встроенные в двигатели, а также внешние измерительные системы, выдающие сигналы sin/cos,

Схема подключения силового модуля SIMODRIVE 611 и платы управления с цифровым интерфейсом приведена на рисунке 5.6.

Рисунок 5.6 - Схема подключения преобразователя SIMODRIVE 611 digital

В двигатели 1FT6/1FK и 1PM/1PH могут быть встроены инкрементные фотоэлектрические датчики с выходными сигналами напряжением 1В, а также абсолютные датчики EnDat с питанием +5В, которые выполняются однооборотными (13 разрядов) и многооборотными (25 разрядов).

Для определения положения подвижного узла при небольшом перемещении рекомендуется использовать измерительную линейку HEIDENHAIN LB 382up, которая позволяет точно определить положение рабочего узла. Внешний вид измерительной линейки HEIDENHAIN LB 382up представлен на рисунке 5.7.

Рисунок 5.6 - Внешний вид измерительной линейки HEIDENHAIN

LB 382up

Для определения положения подвижного узла при значительном его перемещении целесообразно использовать измерительную линейку HEIDENHAIN LIM 581, внешний вид которой представлен на рисунке 5.8.

Рисунок 5.8 - Внешний вид измерительной линейки HEIDENHAIN LIM 581

Технические характеристики измерительных линеек LB 382up и LIM 581 приведенные в таблицах 5.1 и 5.2, соответственно.

Таблица 5.1 - Технические характеристики измерительной линейки HEIDENHAIN LB 382up

Модель	LB 382 up to ML 3040mm
Измерительный стандарт Распределенный интервал Тепловой коэффициент расширения	Лента нержавеющий стали с градацией AURODUR 40 µm αtherm = 10 ppm/K
Градус точности	± 5 µm (± 0.0002 in.)
Измерительная длина	до 3040 мм
Максимальная скорость перемещения	120 м/мин
Питание	5 V ± 5%/< 150 mА

Таблица 5.2 - Технические характеристики измерительной линейки HEIDENHAIN LIM 581

Модель	LIM 581
Измерительный стандарт Распределенный интервал Тепловой коэффициент расширения	Магнитный пластический шар на стальной ленте 10,24 µm αtherm = 10 ppm/K
Точность	± 10 µm (± 0.0002 in.)
Измерительная длина	до 28000 мм
Максимальная скорость перемещения	600 м/мин
Питание	5 V ± 5%/< 150 mА