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西門子840D sl多通道控制在數(shù)控銑槽機(jī)改造中的應(yīng)用

2019-03-06 07:12劉明陽(yáng)
制造技術(shù)與機(jī)床 2019年2期
關(guān)鍵詞:數(shù)控系統(tǒng)主軸導(dǎo)軌

安 毅 許 建 劉明陽(yáng)

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司,黑龍江哈爾濱150040)

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

數(shù)控銑槽機(jī)是由哈爾濱電機(jī)廠自行設(shè)計(jì)制造的設(shè)備,主要用于汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈直線銅排端面、魚尾槽、直槽、斜槽、腰形孔的加工,其結(jié)構(gòu)為雙頭立式,動(dòng)力銑頭為六角頭雙排自動(dòng)分度,每個(gè)銑頭可安裝12把刀具,銅排可以一次裝卡加工成型。原機(jī)床采用Fagor數(shù)控系統(tǒng),經(jīng)過(guò)多年使用,銑頭部分精度超差嚴(yán)重,加工剛性較差,且很難修復(fù)。床身直線導(dǎo)軌基面有損傷,致使精度喪失。經(jīng)過(guò)多年使用,數(shù)控系統(tǒng)和部分電氣元件不穩(wěn)定,數(shù)控系統(tǒng)功能少,編程方式單一,需要對(duì)機(jī)床進(jìn)行電氣改造。

2 機(jī)械部分改造

廢棄原有銑頭及立柱部件,保留原床身及滑座,包括縱、橫向直線導(dǎo)軌,設(shè)計(jì)并制造新的立柱、立銑頭、臥銑頭,安裝在原有的滑座上,銑頭分別安裝在新立柱的正面和側(cè)面,新立柱上的導(dǎo)軌均為直線導(dǎo)軌。重新對(duì)床身進(jìn)行導(dǎo)軌面精加工,原滑座接合面與新立柱配刮,保證新立柱與床身的精度。機(jī)床的氣動(dòng)系統(tǒng)分為兩部分,分別用于工件裝卡和刀具冷卻。拿掉機(jī)床水冷系統(tǒng),采用壓縮空氣對(duì)刀具進(jìn)行冷卻并吹走銅排表面的銅屑。

滑座縱導(dǎo)軌沿床身左右移動(dòng)進(jìn)給為X軸,橫導(dǎo)軌可以保證新立柱作垂直于X軸的橫向移動(dòng)進(jìn)給為Y軸。X、Y軸均由單獨(dú)的交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。立銑頭垂直上下移動(dòng)進(jìn)給為Z軸,臥銑頭可沿新立柱上下移動(dòng)進(jìn)給為U軸,依靠方滑枕進(jìn)行軸向移動(dòng)進(jìn)給為V軸。

立銑頭安裝在新立柱前部,立銑頭主軸由西門子1PH7交流異步伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),減速器有高、低兩檔調(diào)速;銑頭分別通過(guò)單獨(dú)的交流伺服電動(dòng)機(jī)→減速器→滾珠絲杠實(shí)現(xiàn)沿新立柱導(dǎo)軌上下垂直移動(dòng)進(jìn)給(Z軸);銑頭主軸內(nèi)裝有自動(dòng)拉刀裝置,碟形彈簧拉緊,液壓松開;溜板通過(guò)單獨(dú)的交流伺服電動(dòng)機(jī)→減速器→滾珠絲杠實(shí)現(xiàn)沿滑座橫向移動(dòng)進(jìn)給(Y軸)。

臥銑頭安裝在新立柱一側(cè),臥銑頭主軸由西門子1PH7交流異步伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),減速器有高、低兩檔調(diào)速;銑頭分別通過(guò)單獨(dú)的交流伺服電動(dòng)機(jī)→減速器→滾珠絲杠實(shí)現(xiàn)沿新立柱導(dǎo)軌上下垂直移動(dòng)進(jìn)給(U);臥銑頭采用方滑枕結(jié)構(gòu),以保證加工剛性,并設(shè)有刀桿輔助支承接口,并配有銑刀桿懸臂輔助支承裝置,可以加工工件上的直槽;方滑枕軸向移動(dòng)進(jìn)給通過(guò)交流伺服電動(dòng)機(jī)→減速器→滾珠絲杠實(shí)現(xiàn)(V軸);銑頭主軸內(nèi)裝有自動(dòng)拉刀裝置,碟形彈簧拉緊,液壓松開。

3 數(shù)控部分改造

3.1 設(shè)備選型

為了實(shí)現(xiàn)機(jī)床立、臥銑頭雙通道控制,選用西門子840D sl數(shù)控系統(tǒng)。840D sl屬于綜合性數(shù)控平臺(tái),通過(guò)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定可以實(shí)現(xiàn)幾乎所有的系統(tǒng)控制功能。840D sl的NCU730.2模塊采用網(wǎng)線通過(guò)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接MCP 483 PN機(jī)床控制面板、PCU50、電子手輪。NCU自身集成S7-300可編程控制器,通過(guò)ProfiBus總線連接ET200M接口模塊擴(kuò)展PLC外部接口。840D sl可控制多達(dá)31個(gè)進(jìn)給軸和主軸,可選擇多達(dá)10個(gè)通道用于機(jī)床操作運(yùn)行。高度模塊化和開放性,用于各種復(fù)雜零件的加工,具有優(yōu)良的動(dòng)態(tài)品質(zhì)和精度控制。機(jī)床驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)使用S120全數(shù)字交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),使用5臺(tái)SIEMENS 1FK7型交流伺服電動(dòng)機(jī)控制機(jī)床(X、Y、Z、U、V 五個(gè))進(jìn)給軸,主軸采用 2臺(tái) 1PH7交流異步伺服電動(dòng)機(jī)控制。X軸使用光柵尺全閉環(huán)控制,其余進(jìn)給軸行程短角度,采用半閉環(huán)控制。為了能夠?qū)崿F(xiàn)主軸定向定位,進(jìn)行自動(dòng)換刀,主軸采用海德漢2500線編碼器全閉環(huán)控制。

機(jī)床的PCU50.5和MCP483C-PN機(jī)床控制面板安裝在機(jī)床滑座上的操作臺(tái)上,機(jī)床采用一套840D slNCU,利用雙通道控制功能,控制兩個(gè)立、臥主軸同時(shí)加工,加工時(shí)互不影響。操作臺(tái)距離主軸較近,所以選用西門子Mini手輪即可進(jìn)行精確對(duì)刀。

3.2 機(jī)床通道功能參數(shù)設(shè)置及PLC程序設(shè)置

一個(gè)通道就是指數(shù)控系統(tǒng)的一個(gè)插補(bǔ)器,在執(zhí)行程序的時(shí)候進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算,控制幾個(gè)坐標(biāo)軸的插補(bǔ)運(yùn)動(dòng),多個(gè)插補(bǔ)器就可以控制同時(shí)執(zhí)行多個(gè)插補(bǔ)運(yùn)算,同時(shí)控制幾組坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng),執(zhí)行多個(gè)加工程序,程序之間互不干擾。應(yīng)用840數(shù)控系統(tǒng)多通道功能,將機(jī)床新立柱上的立、臥主軸分別配制在兩個(gè)通道中,可以同時(shí)運(yùn)行兩個(gè)加工程序,兩個(gè)主軸同時(shí)加工,大大提高加工效率。

首先設(shè)置機(jī)床軸名,機(jī)床上所有用到的坐標(biāo)軸在此給出軸名,包括主軸。本機(jī)床共7個(gè)軸。

設(shè)置參數(shù):通道所屬方式組、激活通道的數(shù)量、激活運(yùn)行方式組數(shù)量:

設(shè)置通道參數(shù)中的幾何軸號(hào)、幾何軸名、通道中激活的軸號(hào)、軸名。例如通道一的參數(shù)為:

3.3 多通道功能PLC程序設(shè)置

通過(guò)機(jī)床參數(shù)可以打開機(jī)床的多通道功能,將設(shè)計(jì)好的機(jī)床軸分配到相應(yīng)的通道中,實(shí)現(xiàn)進(jìn)給軸的運(yùn)動(dòng)控制,但是為了完善雙通道功能,還要對(duì)PLC程序進(jìn)行處理。首先在OB1中正常調(diào)用FB1設(shè)置機(jī)床控制面板地址等信息。當(dāng)切換通道時(shí),需要切換機(jī)床操作面板的控制功能。機(jī)床面板的控制是調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)功能塊FC19??梢允褂脭?shù)據(jù)位DB19.DBB22設(shè)置機(jī)床控制面板的通道參數(shù),PLC程序調(diào)用如下:

也可以用機(jī)床控制面板的軸選擇按鈕切換通道顯示:

DB19.DBB32=01000001激活通道顯示切換功能。

DB19.DBB33=1或2,需要切換的通道號(hào)。

DB19.DB32第一位為1表示激活PLC控制通道顯示切換功能。位第六位為1表示執(zhí)行通道顯示切換,執(zhí)行完畢后第六位復(fù)位為0,第一位可保持不變。DB19.DBB33為想要切換的通道號(hào)。切換完成后,DB19.DBB22的數(shù)值與DB19.DBB33相同。

通過(guò)以上設(shè)置實(shí)現(xiàn)了機(jī)床的雙通道控制,機(jī)床可以分別執(zhí)行加工程序,大大提高加工效率。

4 結(jié)語(yǔ)

在技術(shù)改造中,選用西門子840D sl數(shù)控系統(tǒng)和S120交流進(jìn)給伺服系統(tǒng)完成了該數(shù)控機(jī)床的技術(shù)改造。改造中在機(jī)械上修復(fù)了機(jī)床導(dǎo)軌,提高了機(jī)床機(jī)械精度,重新制作了新立柱、一個(gè)立銑頭和一個(gè)臥銑頭。在電氣方面實(shí)現(xiàn)840D sl數(shù)控系統(tǒng)的雙通道功能,機(jī)床的立、臥銑頭可以同時(shí)工作,在保證機(jī)床精度的前提下,大大提高了加工的效率。更換的西門子840D sl數(shù)控系統(tǒng)解決了機(jī)床之前的諸多問題,提高了機(jī)床可靠性,操作簡(jiǎn)便,故障率低,達(dá)到了預(yù)期效果,為工廠帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

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