孫延祿

摘 要：近年來(lái)，由于磨床運(yùn)行時(shí)加工誤差大、故障多，已不能進(jìn)行正常的使用。磨床改造要求達(dá)到出廠時(shí)的全部功能，可以保留部分元件，減少改造成本。

關(guān)鍵詞：磨床;數(shù)控系統(tǒng);西門子840D;

一、機(jī)床結(jié)構(gòu)及控制要求

1.機(jī)床結(jié)構(gòu)。此設(shè)備用于拉刀回轉(zhuǎn)面的磨加工，待加工拉刀置于可旋轉(zhuǎn)的兩頂尖之間，利用卡箍將工件固定，卡頭由M7電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。在水平導(dǎo)軌上有兩個(gè)支架，伺服電動(dòng)機(jī)M3，M4通過(guò)絲杠對(duì)砂輪架進(jìn)行水平方向的精確定位及進(jìn)給;砂輪在垂直方向的精確定位及進(jìn)給由伺服電動(dòng)機(jī)M1，M2通過(guò)絲杠來(lái)完成;砂輪的旋轉(zhuǎn)由電動(dòng)機(jī)M5，M6驅(qū)動(dòng)。光柵尺的作用是提供精確的位置反饋信息，在電氣控制上構(gòu)成閉環(huán)控制。M8為圓弧修整器伺服電動(dòng)機(jī)。

2.控制要求。根據(jù)磨床的加工需要，控制系統(tǒng)要有較強(qiáng)的功能，能滿足機(jī)床磨削加工精度的要求（位置控制精度達(dá)到0.001 mm），能實(shí)現(xiàn)雙砂輪單獨(dú)或同時(shí)磨削的控制，自動(dòng)、手動(dòng)磨削加工及砂輪手動(dòng)、自動(dòng)修整和自動(dòng)補(bǔ)償?shù)裙δ堋?/p>

二、機(jī)床程序結(jié)構(gòu)及參數(shù)的設(shè)定

1.PLC程序。PLC程序設(shè)計(jì)采用模塊化編程，將機(jī)床啟動(dòng)條件、PLC使能信號(hào)處理、操作面板控制、系統(tǒng)基本控制、輔助功能、報(bào)警信息等系統(tǒng)及機(jī)床功能編制成不同的模塊。程序結(jié)構(gòu)要合理，層次清晰，方便閱讀、查找以及程序調(diào)試和故障診斷。

2.NC程序。編制NC程序時(shí)考慮到拉刀的磨削方式、磨削尺寸、砂輪修整方式等加工參數(shù)指標(biāo)需要經(jīng)常調(diào)整，對(duì)以上數(shù)據(jù)采用R參數(shù)的形式，以便于修改。主程序采用程序調(diào)用的方法，當(dāng)改換加工產(chǎn)品時(shí)，只需修改R參數(shù)，無(wú)需再調(diào)試程序，非常方便。同時(shí)，因?yàn)橹鞒绦蛑羞\(yùn)用了跳轉(zhuǎn)指令，在沒(méi)有修改加工參數(shù)時(shí)，避免了每次都要進(jìn)行很多復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算而影響系統(tǒng)運(yùn)行速度。在數(shù)控磨削手工編程中采用R參數(shù)編程方法，也為解決相似零件數(shù)控程序的通用性及特殊零件的數(shù)控編程問(wèn)題提供借鑒。

3.機(jī)床相關(guān)參數(shù)的設(shè)定。（1）主要參數(shù)類型。840D數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)分為兩大類：機(jī)床數(shù)據(jù)和設(shè)定數(shù)據(jù)。機(jī)床數(shù)據(jù)是用于生產(chǎn)、安裝、調(diào)試用的數(shù)據(jù)，主要用于設(shè)定、匹配機(jī)床的主要數(shù)據(jù)。其分為以下幾種類型：通用機(jī)床數(shù)據(jù)、通道機(jī)床數(shù)據(jù)、用于驅(qū)動(dòng)器的機(jī)床數(shù)據(jù)、用于操作面板的機(jī)床數(shù)據(jù)、軸專用機(jī)床數(shù)據(jù)。設(shè)定數(shù)據(jù)主要是機(jī)床在使用過(guò)程中需要設(shè)定的數(shù)據(jù)，是一些常用的用于調(diào)整機(jī)床使用性能的數(shù)據(jù)。（2）機(jī)床數(shù)據(jù)的生效模式。機(jī)床的各個(gè)參數(shù)由于對(duì)系統(tǒng)影響程度的不同，具有不同的生效級(jí)別：po——重新上電模式（POWER ON），按NCU模塊面板上的“RESET”鍵生效;cf二一新配置（NEW—CONF），點(diǎn)擊MMC軟件上的“Activate臚復(fù)位模式（RESET），按控制單元上的MD”鍵生效;“RESET”鍵生效;∞——立即模式（Immediately），數(shù)值輸入后立即生效。

三、控制系統(tǒng)配置

1.硬件配置。（1）NC硬件配置?？刂颇K選用NCU571.2，其集成了CNC數(shù)控系統(tǒng)的CPU和SIMATIC s7—300 PLC的CPU芯片314—2DP、相應(yīng)的數(shù)控軟件和PLC控制軟件，以及MPI接口、Profibus接口、RS232接口、手輪及測(cè)量接口、PCMCIA卡插槽等。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用SIMODRIVE 61 1 D，包括電源模塊和功率模塊兩部分。電源模塊主要為NC和驅(qū)動(dòng)裝置提供控制和動(dòng)力電源，產(chǎn)生母線電壓，同時(shí)檢測(cè)電源和模塊的狀態(tài)。電源模塊根據(jù)容量不同可分為帶饋入裝置（記為I/RF電源模塊）和不帶饋人裝置（記為U/E電源模塊）兩種。本系統(tǒng)選用的是功率為21 kW的不帶饋入裝置。功率模塊分為雙軸模塊和單軸模塊兩種。本次改造使用了兩個(gè)雙軸模塊和一個(gè)單軸模塊，雙軸模塊用于兩個(gè)砂輪架的驅(qū)動(dòng)，單軸模塊用于圓弧修整器的驅(qū)動(dòng)。（2）人機(jī)交互界面（MMC）的配置。PCU 20，SPC 266MHz，32MB，6FC5210—0DF00—0AA2;OP 010，10.4T訂（640×480），6FC5203一OA瑚一0AAl;MCP 483e，6FC5203—0AF22—0AA2。（3）電動(dòng)機(jī)配置。主軸電動(dòng)機(jī)（工件旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，SP軸）：使用原系統(tǒng)的直流調(diào)速電動(dòng)機(jī)，配合ZKS一1I型可控硅直流調(diào)速器。轉(zhuǎn)速由PLC模擬量輸出模塊提供的1～10 V模擬量信號(hào)控制。砂輪架水平方向驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)（左砂輪架x軸，右砂輪架u軸）為：lFl"6086—8SF71—1EGl，參數(shù)為：9。7 kW/35（N？m）/3 000（It"·vain“），內(nèi)置相對(duì)值編碼器。砂輪架垂直方向驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)（左砂輪z軸，右砂輪形軸）為：1FI'6086—8SF71—1EHl，參數(shù)為：9.7 kW/35（N？m）/3 000（r·rain“），內(nèi)置相對(duì)值編碼器以及1：4的減速箱。圓弧修整器伺服電動(dòng)機(jī)（B軸）為：1FI'6044—1AF71—3EHl一Z—J35，參數(shù)為：1.4 kW/5（N？111）/3 000（r·min一），內(nèi)置絕對(duì)值編碼器。砂輪電動(dòng)機(jī)使用原系統(tǒng)的交流異步電動(dòng)機(jī)，由VACON變頻器驅(qū)動(dòng)控制。（4）PLC硬件配置。PLC使用西門子SIMATIC s7—300軟件及模塊。電源模塊選用PS 307（10 A）。接口模塊IM361用于和數(shù)控單元之間的通信，通過(guò)PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線與NCU連接。IM 361右側(cè)為信號(hào)模塊，由3個(gè)數(shù)字信號(hào)輸入模塊SM 321、兩個(gè)數(shù)字輸出模塊SM 322和1個(gè)模擬量輸出模塊SM 332組成。數(shù)字量I/O模塊用于外圍電氣設(shè)備的控制。模擬量輸出模塊用于主軸電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。PLC的CPU與NC的CPU一起集成在NCU中。（5）位置反饋測(cè)量系統(tǒng)。該磨床主要完成拉刀內(nèi)圓和外圓的精磨加工，對(duì)水平方向和垂直方向的定位精度都要求極高，因此，在x，Z，U，W四根進(jìn)給軸均配備獨(dú)立的HElDENHAIN線性光柵尺進(jìn)行位置反饋測(cè)量，實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)控制。

2.系統(tǒng)的軟件配置。SINUMERIK 840D數(shù)控系統(tǒng)主要包括4大類軟件：MMC軟件系統(tǒng)、NC軟件系統(tǒng)、PLC軟件系統(tǒng)和通信及驅(qū)動(dòng)接口軟件。（1）MMC軟件。在MMCl03系統(tǒng)內(nèi)裝有基本輸入、輸出系統(tǒng)（BIOS），DR—DOS內(nèi)核操作系統(tǒng)，Windows95操作系統(tǒng)，以及串口、并口、鼠標(biāo)和鍵盤接口等驅(qū)動(dòng)程序，支撐SINUMERIK與外界MMC—CPU，PLC—CPU和NC—CPU之間的相互通信及任務(wù)協(xié)調(diào)。（2）NC軟件。NC軟件包括：1）NCK數(shù)控核初始引導(dǎo)軟件，該軟件固化在EPROM中;2）NCK數(shù)控核數(shù)字控制軟件系統(tǒng)，它包括機(jī)器數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)的循環(huán)子系統(tǒng)，用戶必須理解每個(gè)循環(huán)程的參數(shù)含義才能進(jìn)行調(diào)用;3）SINUMERIK 61lD驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)，它是指數(shù)控系統(tǒng)所配套使用的SIMODRIVE 61 1 D數(shù)字式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)。（3）PLC軟件。PLC軟件系統(tǒng)包括PLC系統(tǒng)支持軟件和PLC程序。PLC系統(tǒng)支持軟件支持SINUMERIK 840D數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)裝的CPU一317—2DP正常工作，該程序固化在NCU內(nèi)。PLC程序包含基本PLC程序和用戶PLC程序兩部分。（4）通信及接口軟件。通信及接口軟件主要用于協(xié)調(diào)PLC—CPU，NC—CPU和MMC—CPU三者之間的通信。

總之，經(jīng)過(guò)西門子840D系統(tǒng)改造后的磨床恢復(fù)了數(shù)控磨床出廠時(shí)的全部功能，加工的拉刀圓柱度、粗糙度、磨削精度等達(dá)到了要求。

參考文獻(xiàn)：

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