焦 莉
(攀枝花四川機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院,四川 攀枝花617000)
某鋼廠輥環(huán)磨型號(hào)為HSF2CNC,磨削工件規(guī)格為φ100~320 mm,由德國(guó)赫克力斯(Herkules)公司1994年制造。該機(jī)床目前機(jī)械部分性能良好,加工效率明顯高于其它同類機(jī)床,是關(guān)鍵設(shè)備。但是該設(shè)備近年控制系統(tǒng)故障較多,已進(jìn)行多次維修。由于電氣元件更新?lián)Q代太快,原系統(tǒng)采用的元件都已淘汰,備件供應(yīng)十分困難。現(xiàn)在面臨無(wú)件可換的問(wèn)題,機(jī)床隨時(shí)可能故障停機(jī)。為解決上述問(wèn)題,我們針對(duì)磨床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),對(duì)其進(jìn)行改造。
該機(jī)床控制軸數(shù):4 軸精密進(jìn)給控制,分別是:旋轉(zhuǎn)軸w,傾斜微進(jìn)給軸c,橫向進(jìn)給z軸及垂向進(jìn)給x軸。這4 軸采用交流永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),可精密調(diào)速。機(jī)床主軸為三相交流異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),不調(diào)速結(jié)構(gòu)。還有磨削冷卻、液壓驅(qū)動(dòng)、主軸潤(rùn)滑、液壓油冷卻等輔助功能驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)共4 臺(tái)。
根據(jù)輥環(huán)磨床的特點(diǎn),并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行環(huán)境、伺服電動(dòng)機(jī)等條件,提出性價(jià)比相對(duì)較高的方案,采用支持深度用戶定制的西門(mén)子840Di 數(shù)控系統(tǒng),按照原機(jī)功能和操作習(xí)慣對(duì)標(biāo)準(zhǔn)840D 數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā),使通用系統(tǒng)變成專用系統(tǒng)。這一方案秉承了赫克力斯(Herkules)公司對(duì)機(jī)床的設(shè)計(jì)理念,讓新的控制系統(tǒng)與原機(jī)床良好匹配;保持了機(jī)床專用的特性,能夠和原系統(tǒng)一樣將機(jī)床的加工效率發(fā)揮到理想狀態(tài)。同時(shí)該機(jī)床還可以成為一臺(tái)通用的數(shù)控磨床。采用這一方案有以下特點(diǎn):
(1)只能選用高檔的840Di 數(shù)控系統(tǒng),費(fèi)用較高。
(2)二次開(kāi)發(fā)工作量較大,準(zhǔn)備時(shí)間需增加50~60 天。
(3)系統(tǒng)更新后是一臺(tái)專用數(shù)控機(jī)床,有加工輥環(huán)的專用程序和工藝畫(huà)面,對(duì)不同工件只需在屏幕上選對(duì)應(yīng)的加工菜單即可,對(duì)操作人員要求較低。
(4)無(wú)需編制工件加工程序,對(duì)小批量多品種加工效率較高。
(5)操作方便性基本與原設(shè)備一致,對(duì)有金屬切削機(jī)床操作經(jīng)驗(yàn)的操作人員只需進(jìn)行簡(jiǎn)單操作培訓(xùn)即可上崗。
(6)無(wú)需計(jì)算機(jī)編程基礎(chǔ)。
新系統(tǒng)取代原有電氣控制元件,重新配制電氣控制柜。改造后磨床有兩個(gè)主軸和兩個(gè)進(jìn)給軸,并重新編寫(xiě)PLC 邏輯控制程序和NC 加工程序,保證了機(jī)床動(dòng)作順序,能很好地進(jìn)行磨加工。具體原理圖如圖1所示。
西門(mén)子數(shù)控系統(tǒng)SINUMERIK 840Di 是1 個(gè)完整的PC 集成式數(shù)控系統(tǒng)。就硬件和軟件而言,控制都是開(kāi)放式的。可以使PLC 和驅(qū)動(dòng)分布式自動(dòng)化解決。SINUMERIK 840Di 應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域覆蓋了從簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)控制功能(定位和直線插補(bǔ))到木材加工、機(jī)床搬運(yùn)組裝以及與機(jī)床有關(guān)的功能等領(lǐng)域。SINUMERIK 840Di 由工業(yè)PC PCU 50、MCI 板卡和用于6、10 或18根軸的系統(tǒng)軟件組成。MCI 板卡上的PROFIBUS DP接口可以允許連接驅(qū)動(dòng)裝置和I/O。具有運(yùn)動(dòng)控制功能的PROFIBUS DP(等時(shí)模式和等距)以12 Mbit/s 傳輸速率運(yùn)行。SINUMERIK 840Di Startup 包括在系統(tǒng)軟件內(nèi)。Startup 是一種Windows 程序,易于熟悉SINUMERIK 840Di,可簡(jiǎn)化操作步驟以及用戶程序的創(chuàng)建和選擇,極大地方便了機(jī)床的操作與維護(hù)。
機(jī)床老的軟件系統(tǒng)為赫克力斯公司在DOS 操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的,使用的硬盤(pán)為IBM 公司506 硬盤(pán)。這一套系統(tǒng)目前已淘汰,修復(fù)困難。新的軟件系統(tǒng)為西門(mén)子公司基于Windows XP 開(kāi)發(fā)的最新的840Di 標(biāo)準(zhǔn)軟件,與老軟件系統(tǒng)相比,新的軟件系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn):
(1)新系統(tǒng)以SINUMERIK 840Di 標(biāo)準(zhǔn)軟件為基礎(chǔ),在此基礎(chǔ)上進(jìn)行高針對(duì)性的二次開(kāi)發(fā),使用全中文人機(jī)對(duì)話界面,機(jī)床在系統(tǒng)更新后的操作界面友好、直觀、方便。
(2)經(jīng)過(guò)二次開(kāi)發(fā)后的操作系統(tǒng),加工特定工件時(shí),不需要操作人員進(jìn)行G 代碼編程,操作人員在HMI 上直接輸入工件加工數(shù)據(jù),機(jī)床即可自動(dòng)完成工件的加工。
(3)在SINUMERIK 840Di 標(biāo)準(zhǔn)軟件系統(tǒng)上,開(kāi)發(fā)機(jī)床加工工件庫(kù)系統(tǒng),對(duì)于常用工件,操作人員從工件庫(kù)文件內(nèi)調(diào)出工件號(hào),無(wú)需編輯工件加工數(shù)據(jù),即可直接對(duì)工件進(jìn)行加工。
(4)數(shù)控系統(tǒng)選用840Di,顯示器件選用OP012,操作面板選用HCP 型,帶手輪,方便對(duì)刀操作。
在整個(gè)設(shè)備系統(tǒng)改造的過(guò)程中,不能因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)的更新而損壞設(shè)備的機(jī)械精度。設(shè)備的機(jī)械精度是工件加工精度得以保證的關(guān)鍵,對(duì)于磨床來(lái)說(shuō),主軸精度尤其重要。不論使用哪種系統(tǒng)更新方案,對(duì)機(jī)床機(jī)械部分的改動(dòng)和拆卸均是越少越好。原設(shè)備采用的是西門(mén)子的伺服電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)器,選用西門(mén)子數(shù)控系統(tǒng),其電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)和控制原理與原機(jī)基本一致,可使電路改動(dòng)最少,可最大限度減少對(duì)機(jī)床機(jī)械部分的改動(dòng)。
為延續(xù)赫克力斯(Herkules)公司輥環(huán)專用磨床的設(shè)計(jì)思路,在西門(mén)子840Di 的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出輥環(huán)磨床專用的控制系統(tǒng),這一系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單,功能專一,穩(wěn)定性高。我們?cè)谕悪C(jī)床上使用840Di 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)后的機(jī)床,一般具有的基本功能如圖2 所示。
在輥環(huán)加工專用功能模式下,操作人員僅需要將所要加工的工件文件調(diào)出,再根據(jù)系統(tǒng)屏幕顯示,輸入幾個(gè)必需的加工參數(shù),系統(tǒng)即可自動(dòng)對(duì)工件進(jìn)行加工。新系統(tǒng)正常啟動(dòng)完成后,直接進(jìn)入輥環(huán)工件加工畫(huà)面。系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)出上一次加工完成的工件加工工藝及工件編號(hào)、工件圖等數(shù)據(jù),如操作人員確認(rèn)該工件為當(dāng)前需要加工的工件,按相應(yīng)的按鍵后,即可進(jìn)行對(duì)刀和工件加工。工件加工完成后,系統(tǒng)自動(dòng)停機(jī)。在系統(tǒng)啟動(dòng)界面下,按相應(yīng)的功能鍵,可以進(jìn)入和實(shí)現(xiàn)圖2 所示的功能樹(shù)所描述的功能。所有功能中,參數(shù)調(diào)用指直接調(diào)用已編輯好的工件加工數(shù)據(jù),進(jìn)入?yún)?shù)編輯功能,可以編輯工件號(hào)及工件加工工藝數(shù)據(jù)。
用戶可以在參數(shù)編輯畫(huà)面內(nèi)編輯工件加工要素。各個(gè)功能下對(duì)應(yīng)的工件加工要素不同,系統(tǒng)顯示的畫(huà)面也不同,這樣做的目的是保證機(jī)床在調(diào)用工件加工參數(shù)時(shí),所調(diào)用的文件與待加工的工件加工工藝相一致,不會(huì)出現(xiàn)銑削加工時(shí)調(diào)用了磨削加工的工件參數(shù)。相同的工件在編輯“磨削形式-深研磨-研磨”與“磨削形式-外圓磨-研磨”的加工參數(shù)時(shí),系統(tǒng)顯示的編輯畫(huà)面不同,如圖3 所示。
由于數(shù)控系統(tǒng)和伺服驅(qū)動(dòng)部分必須匹配,在更新時(shí)數(shù)控系統(tǒng)和伺服驅(qū)動(dòng)一起全部更換。數(shù)控系統(tǒng)和伺服驅(qū)動(dòng)采用SINUMERIK 840Di 系列產(chǎn)品,該產(chǎn)品是西門(mén)子公司近年推出的高性能控制系統(tǒng),近10 年不會(huì)被淘汰,西門(mén)子公司保證該產(chǎn)品20 年的備件供應(yīng)。磨床經(jīng)過(guò)數(shù)控改造后通過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行證明,應(yīng)用SINUMERIK 840Di 數(shù)控系統(tǒng)是成功的,生產(chǎn)達(dá)到了預(yù)期效果,為工廠創(chuàng)造了很大的經(jīng)濟(jì)效益。
[1]張新義. 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1994.
[2]林其駿. 微機(jī)控制機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M]. 上海:上??茖W(xué)技術(shù)出版社,1991.
[3]余英良. 機(jī)床數(shù)控改造設(shè)計(jì)與實(shí)例[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998.
[4]王卓亞,魏鐵建,余英良.實(shí)現(xiàn)半閉環(huán)控制磨削加工的數(shù)控改造[J].新技術(shù)新工藝,2008(11):69.
[5]陳平信.西門(mén)子系統(tǒng)在曲軸磨床改造中的應(yīng)用[J]. 制造技術(shù)與機(jī)床,2010(4):135 -140.
[6]尹敏,王君輝. 西門(mén)子840D 數(shù)控系統(tǒng)在立式磨床改造中的應(yīng)用[J]. 軸承,2010(9).
[7]張延國(guó).西門(mén)子840Di 系統(tǒng)在TOYO 磨床改造中的應(yīng)用[J]. 機(jī)電信息,2011(18).
[8]蔣建強(qiáng). 數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修[M]. 北京:電子工業(yè)出版社,2007.
[9]徐才發(fā).軋輥磨床技術(shù)升級(jí)與實(shí)施[J]. 北京中國(guó)設(shè)備工程,2003(10).
[10]唐水源,盧繼平.軋輥磨床的數(shù)控化改造[J]. 北京:計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及制造,2000(5).
[11]陳龍法. 數(shù)控軋輥磨床裝配技術(shù)[J]. 精密制造與自動(dòng)化,2005(1).
[12]姚林,楊生田.軋輥磨床的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 中國(guó)設(shè)備工程,2005(3).
[13]盛定高,馮金冰.3MZ203B 磨床典型故障維修實(shí)例[J]. 制造技術(shù)與機(jī)床,2010(4):134 -135.
[14]馬紅云,盧崇渡,陳宇輝.淺析HERKULES 磨床的控制系統(tǒng)[C].第七屆中國(guó)鋼鐵年會(huì)論文集:下,2009.