[00117078]基于西门子840D的数控系统的开发与应用

一、课题来源与背景 我国数控机床行业总体的技术开发能力和技术基础相对薄弱,信息化程度不高,可持续发展能力较差,对竞争前沿数控技术的研究开发和工程化能力较弱,。我们可以首先提高我国数控技术的应用水平,大力消化和吸收国外的先进技术,扩大和加深对国外先进数控系统的开发与应用。数控系统原有的操作界面将不能满足机床继续使用的要求,能否开发出简单易于掌握和操作的机床操作界面二次开发技术,开发出针对不同用户需求的HMI,对于机床生产商和机床使用者而言都具有重要的意义。为了适应高效、高精的加工需求,高精、高速平滑运动控制技术一直是系统厂商研究的热点。但对数控机床运行故障在线检测和诊断的研究却相对较少。 二、技术原理及性能指标 本课题以西门子840D数控系统为研究开发平台,研究基于西门子840D数控系统的机床操作系统、故障诊断及误差补偿系统的开发与应用。重点实现以下目标：（1）开发出一套可定制的HMI操作系统设计方案;（2）研制基于虚拟仪器的数控机床运行状态在线监测系统;（3）改进和完善西门子840D数控系统误差补偿方法。另外本课题的开展有利于创建“西门子数控系统开发与应用示范实验室”,有利于丰富“西门子数控系统开发与应用”选修课程的授课内容,对于提升本学科产学研合作水平,培养和锻炼师资力量,丰富和完善学生的知识结构,促进学生就业等都具有重要的现实意义。 三、技术的创造性与先进性 1、运用西门子840D数控系统的MCS Coupling功能即机床坐标系耦合功能实现双旋轮旋压机床的旋轮同步运动控制设计,结合840D数控系统的误差检测和补偿功能实现不同运动部件之间的位置和速度同步。为多旋轮旋压机床的加工同步控制提供了新的方法借鉴。 2、对S7-300PLC在数控系统中的应用功能进行二次开发,将其运用到机床状态信息的数据采集和故障诊断中,并通过S7-300PLC对机床PLC轴进行控制实现机床轴在NC轴和PLC轴之间的转换,实现了对刀库、工作台交换、分度等的合理控制大大减少生产的辅助工作时间。 3、运用操作员扩展界面功能对HMI人机界面进行了二次开发。实现了显示对话框并提供操作软键、变量和表格、文本和帮助文本、图形和帮助画面等功能。 四、技术的成熟程度、适用范围与安全性 对升级改造后的机床的精度调整及机床日常使用的精度检验具有一定的应用价值;在机床加工功能的二次扩展,外置部件的同步控制,机床状态的实时监测和故障的快速排除等方面具有较广的应用前景;在机床的联网控制及运行状态的实时监测和故障诊断等方面具有一定的应用价值。 五、应用情况及存在的问题 技术应用于合作企业的2F-500CNC等数控旋压机数控系统设计过程中。 六、历年获奖情况 山东高等学校优秀科研成果奖三等奖《双旋轮普通卧式旋压机数控化改造关键技术研究》 七、成果简介 1、基于西门子840D数控系统, 对HMI人机界面进行了二次开发和研究应用,对西门子840D数控系统提供的三种开发人机界面的方法使用TOOLBOX和扩展用户接口,使用专业组态软件 WinCC Flexible及利用HMI编程包和OEM软件开发包等的优缺点进行了详细分析,并将开发的HMI人机界面应用到青岛高校重工生产的2F-500CNC等旋压机产品控制系统中。 2、将虚拟仪器应用到数控机床的误差分析、故障诊断中,研究了机床生产状态数据的提取技术：数控系统数据的提取技术和机床外置传感器采集数据的提取技术。设计了实时在线的数控机床运行监测系统。对数控机床的典型故障进行了分析研究,重点分析了机床典型故障信号的采集、处理及故障诊断技术。 3、对西门子840D数控系统的误差补偿方法进行了系统研究。包括温度误差补偿、螺距误差补偿、垂度误差补偿、摩擦误差补偿、反向间隙补偿以及参数优化等方法,并将其应用于2F-500CNC等旋压机床产品中。 4、基于西门子840D数控系统和S7-300PLC,从数控机床的基本功能控制、数据采集、故障诊断和PLC轴的控制四个方面研究了S7-300PLC在西门子840D数控机床上的功能应用。