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摘 要：通过对机床全部或局部结构进行升级改造，提高机床的加工精度和速度，增强数控系统的功能，解决了数控机床的系统落后，故障率高等问题，使老机床焕发生机。本文以西门子828D数控系统为研究对象，进行系统升级改造，对于加工企业以较低成本来升级改造早期数控机床具有借鉴意义。
关键词：控制系统改造；西门子828D；ELB磨床
一般一台数控机床的控制系统在使用15年左右就进入产品老化期，故障开始显著增加，所需备件越来越难于及时供应且价格较高。对使用老数控系统的机床，一般可用同类型的新的数控系统来进行改造，不但可以大大降低故障率，免去备件供应的后顾之忧，而且由于新系统具有的一些新功能，如中文界面，网络接口，远程诊断等，可以使老机床经改造之后上一个档次。本文对ELB蠕动磨床进行了全面的系统和电气的升级改造，改造后的机床性能稳定，可靠性和加工效率高，能广泛满足各种加工需求。
1 改造总体技术方案的确定
这台ELB早期的数控蠕动磨床采用的是ELB公司自己开发的控制系统。该系统专用性比较强，所以应用范围比较窄，加之年代久远，备品备件已经没有了，系统稳定性越来越差，故障率高，维修成本也很高，加工效率低。但是机床本体为大理石材质，受环境影响小，所以加工精度高，综上所述决定对其进行控制系统及电路的升级改造。
此次机床改造的总体技术方案如下：
（1）将原有的专用的控制系统更换为先进的西门子828D磨床专用系统，提高机床系统的稳定性；
（2）将原进给轴电机交流跟换为新的交流伺服电机，跟换新的伺服驱动器；
（3）保留原机床的伺服主轴电机和驱动器，使得原机床磨头的平衡性和砂轮精度得到保障，使用828D系统的模拟给定控制主轴，提高了主轴的控制水平和精度；
（4）重新设计电控系统和电气柜，满足新装系统的控制要求；
（5）设计和制作新伺服电机的法兰连接，对需要进行改造的减速传动机构进行相应的设计和加工制造；
（6）增加机床手持单元，方便操作工加工对刀，完善机床外观设计。
2 机床改造的设计与实施
2.1 数控系统的选型
基于面板的西门子SINUMERIK 828D是一款紧凑型数控系统，集CNC、PLC、操作界面以及轴控制功能于一体，通过DriveCLiQ总线与全数字驱动SINAMICS S120实现高速可靠通讯，PLC I/O模块通过PROFINET连接，丰富、灵活的工件编程方法使它可以自如地应用于世界各地的各种加工场合。经过综合性能、可靠性以及经济因素等方面的考虑，最终选择该系统作为此次改造的控制系统。
2.2 数控机床电气控制设计
数控机床的电气控制系统包括CNC系统连接、进给驱动的连接、 系统输入输出信号的连接设计、电源电路、继电器控制电路等五大部分。机床外围的I＼O控制点根据系统的要求进行合理的设计，保证原有机床I＼O信号全部接入到系统中，在设计时需注意急停信号链和超程解除信号链为多个元件组成的关联信号，需进行相关的外围电路设计。
2.2.1 西门子 SINUMERIK 828D数控系统的连接
SINUMERIK 828D是集CNC、PLC、操作界面以及轴控制功能于一体，通过DriveCLiQ总线与全数字驱动SINAMICS S120实现高速可靠通讯。
2.2.2 西门子Sinamics S120书本型进给系统的连接
书本型驱动器由进线电源模块和电机模块组成。进线电源模块的作用是将380V三相交流电源变为600V直流电源，为电机模块供电。进线电源模块分为调节型和非调节型两种，本次改造用的是非调节型的电源模块SLM。
2.2.3 系统的I＼O信号电路设计
西门子828D系统的输入输出模块是PP72/48D PN，它是一种基于PROFINET网络通讯的电器元件，可提供72个数字输入48个数字输出。第一块PP72/48D PN（总线地址：192.168.214.9）输入输出信号的逻辑地址和接口端子号的对应关系和输入输出的按标准方式接线。
2.3 主轴电路设计
由于该磨床主轴为伺服电机和砂轮轴一体化设计的机械结构，正因为ELB公司独特的设计，主轴在磨削过程中的动平衡性能特别好，在改造之初的技术方案的制定中就讲主轴整体设计保留下来，通过828D系统的PPU给出±10V模拟电压与PLC逻辑结合控制主轴的旋转。
2.4 机床控制系统PLC程序的编制和调试
2.4.1 PLC程序的编制
PLC程序原则要完全保证原机床的所有功能的前提下进行编制，在此基础上增加和开发新的功能，PLC程序编写要简单明了，程序中用到的信号都必须有注释说明，方便维修人员诊断故障和阅读理解。程序要严格按照西门子PLC接口信号进行编写，用西门子专用的软件进行PLC程序编制，通过标准网口和电缆下载到828D的PPU中，然后运行程序，调试机床动作和功能，完成程序编制。
2.4.2 系統的初始设定和参数调试
a.在系统启动菜单中选择“装载NCK出厂设置”，恢复所有的出厂设置数据；
b.将存储级别设定为制造商级别；
c.修改系统的日期、时间和语言；
d.设定外设模块的地址，进行输入输出信号的地址分配；
e.将编制好的PLC程序下载到系统中；
f.进行全数字驱动SINAMICS S120的调试；
g.828D系统的调试，按照机床的实际情况设定31030，31050，31060，32100，32000，32010，32020，35110，34010等参数。
3 总结
在对机床硬件安装、连线和系统调试完毕后，要先进行机床主轴、进给轴各个部分的功能测试，然后进行整机联调及加工精度检测，保证机床加工产品的效率和稳定性。通过此次升级改造是旧设备得到了进一步的使用价值，而且新的控制系统功能强大、操作方便、性能稳定可靠，能适应更广泛的加工要求，最总要的一点是节约了购置同样配置新设备的费用，也为公司残值较高的旧设备再利用提供了一个思路。
参考文献：
[1]ELB磨床使用说明书.
[2]西门子SINUMERIK 828D/828D BASIC 简明调试手册.
关键词：控制系统改造；西门子828D；ELB磨床
一般一台数控机床的控制系统在使用15年左右就进入产品老化期，故障开始显著增加，所需备件越来越难于及时供应且价格较高。对使用老数控系统的机床，一般可用同类型的新的数控系统来进行改造，不但可以大大降低故障率，免去备件供应的后顾之忧，而且由于新系统具有的一些新功能，如中文界面，网络接口，远程诊断等，可以使老机床经改造之后上一个档次。本文对ELB蠕动磨床进行了全面的系统和电气的升级改造，改造后的机床性能稳定，可靠性和加工效率高，能广泛满足各种加工需求。
1 改造总体技术方案的确定
这台ELB早期的数控蠕动磨床采用的是ELB公司自己开发的控制系统。该系统专用性比较强，所以应用范围比较窄，加之年代久远，备品备件已经没有了，系统稳定性越来越差，故障率高，维修成本也很高，加工效率低。但是机床本体为大理石材质，受环境影响小，所以加工精度高，综上所述决定对其进行控制系统及电路的升级改造。
此次机床改造的总体技术方案如下：
（1）将原有的专用的控制系统更换为先进的西门子828D磨床专用系统，提高机床系统的稳定性；
（2）将原进给轴电机交流跟换为新的交流伺服电机，跟换新的伺服驱动器；
（3）保留原机床的伺服主轴电机和驱动器，使得原机床磨头的平衡性和砂轮精度得到保障，使用828D系统的模拟给定控制主轴，提高了主轴的控制水平和精度；
（4）重新设计电控系统和电气柜，满足新装系统的控制要求；
（5）设计和制作新伺服电机的法兰连接，对需要进行改造的减速传动机构进行相应的设计和加工制造；
（6）增加机床手持单元，方便操作工加工对刀，完善机床外观设计。
2 机床改造的设计与实施
2.1 数控系统的选型
基于面板的西门子SINUMERIK 828D是一款紧凑型数控系统，集CNC、PLC、操作界面以及轴控制功能于一体，通过DriveCLiQ总线与全数字驱动SINAMICS S120实现高速可靠通讯，PLC I/O模块通过PROFINET连接，丰富、灵活的工件编程方法使它可以自如地应用于世界各地的各种加工场合。经过综合性能、可靠性以及经济因素等方面的考虑，最终选择该系统作为此次改造的控制系统。
2.2 数控机床电气控制设计
数控机床的电气控制系统包括CNC系统连接、进给驱动的连接、 系统输入输出信号的连接设计、电源电路、继电器控制电路等五大部分。机床外围的I＼O控制点根据系统的要求进行合理的设计，保证原有机床I＼O信号全部接入到系统中，在设计时需注意急停信号链和超程解除信号链为多个元件组成的关联信号，需进行相关的外围电路设计。
2.2.1 西门子 SINUMERIK 828D数控系统的连接
SINUMERIK 828D是集CNC、PLC、操作界面以及轴控制功能于一体，通过DriveCLiQ总线与全数字驱动SINAMICS S120实现高速可靠通讯。
2.2.2 西门子Sinamics S120书本型进给系统的连接
书本型驱动器由进线电源模块和电机模块组成。进线电源模块的作用是将380V三相交流电源变为600V直流电源，为电机模块供电。进线电源模块分为调节型和非调节型两种，本次改造用的是非调节型的电源模块SLM。
2.2.3 系统的I＼O信号电路设计
西门子828D系统的输入输出模块是PP72/48D PN，它是一种基于PROFINET网络通讯的电器元件，可提供72个数字输入48个数字输出。第一块PP72/48D PN（总线地址：192.168.214.9）输入输出信号的逻辑地址和接口端子号的对应关系和输入输出的按标准方式接线。
2.3 主轴电路设计
由于该磨床主轴为伺服电机和砂轮轴一体化设计的机械结构，正因为ELB公司独特的设计，主轴在磨削过程中的动平衡性能特别好，在改造之初的技术方案的制定中就讲主轴整体设计保留下来，通过828D系统的PPU给出±10V模拟电压与PLC逻辑结合控制主轴的旋转。
2.4 机床控制系统PLC程序的编制和调试
2.4.1 PLC程序的编制
PLC程序原则要完全保证原机床的所有功能的前提下进行编制，在此基础上增加和开发新的功能，PLC程序编写要简单明了，程序中用到的信号都必须有注释说明，方便维修人员诊断故障和阅读理解。程序要严格按照西门子PLC接口信号进行编写，用西门子专用的软件进行PLC程序编制，通过标准网口和电缆下载到828D的PPU中，然后运行程序，调试机床动作和功能，完成程序编制。
2.4.2 系統的初始设定和参数调试
a.在系统启动菜单中选择“装载NCK出厂设置”，恢复所有的出厂设置数据；
b.将存储级别设定为制造商级别；
c.修改系统的日期、时间和语言；
d.设定外设模块的地址，进行输入输出信号的地址分配；
e.将编制好的PLC程序下载到系统中；
f.进行全数字驱动SINAMICS S120的调试；
g.828D系统的调试，按照机床的实际情况设定31030，31050，31060，32100，32000，32010，32020，35110，34010等参数。
3 总结
在对机床硬件安装、连线和系统调试完毕后，要先进行机床主轴、进给轴各个部分的功能测试，然后进行整机联调及加工精度检测，保证机床加工产品的效率和稳定性。通过此次升级改造是旧设备得到了进一步的使用价值，而且新的控制系统功能强大、操作方便、性能稳定可靠，能适应更广泛的加工要求，最总要的一点是节约了购置同样配置新设备的费用，也为公司残值较高的旧设备再利用提供了一个思路。
参考文献：
[1]ELB磨床使用说明书.
[2]西门子SINUMERIK 828D/828D BASIC 简明调试手册.