國(guó)產(chǎn)數(shù)控蠕動(dòng)磨床急?；赝斯δ荛_發(fā)與應(yīng)用

高虹王斌

(西安航空發(fā)動(dòng)機(jī)(集團(tuán))有限公司，陜西 西安 710021)

杭州機(jī)床廠MKLD7140數(shù)控強(qiáng)力蠕動(dòng)成形磨床，應(yīng)用砂輪成形修整、自動(dòng)補(bǔ)償及高壓冷卻技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)一次裝夾、雙磨頭同步成形磨削，在發(fā)動(dòng)機(jī)葉片樅樹根榫齒加工及對(duì)稱面磨削上占有優(yōu)勢(shì)。對(duì)比當(dāng)今先進(jìn)磨床制造技術(shù)及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況，從保護(hù)產(chǎn)品與設(shè)備角度考慮該機(jī)床在控制功能上尚需改進(jìn)，如:加工中出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)過(guò)載的報(bào)警時(shí)，立即進(jìn)入急停狀態(tài)，復(fù)位VDI軸使能，各伺服軸停止運(yùn)動(dòng)，關(guān)閉冷卻液，此時(shí)砂輪主軸轉(zhuǎn)速因慣性不會(huì)立即停止，使工件表面因冷卻不充分發(fā)生燒傷的現(xiàn)象，影響了產(chǎn)品質(zhì)量。

本文詳細(xì)闡述如何通過(guò)西門子840D系統(tǒng)NC參數(shù)設(shè)置、PLC程序設(shè)計(jì)及異步子程序開發(fā)，實(shí)現(xiàn)突發(fā)外部急停報(bào)警時(shí)，雙磨頭快速、同步、以預(yù)定軌跡回退到安全位置的方法，。

1 MKLD7140數(shù)控強(qiáng)力蠕動(dòng)磨床的特點(diǎn)

該機(jī)床采用對(duì)稱式結(jié)構(gòu)，沿立柱縱向設(shè)計(jì)了上、下磨頭系統(tǒng)(上磨頭主軸SP1，下磨頭主軸SP2)，上、下磨頭垂直進(jìn)給為Y軸、Z軸，兩磨頭可單獨(dú)或聯(lián)動(dòng)控制;工件裝夾在工作臺(tái)上，工作臺(tái)橫向移動(dòng)為X軸，如圖1所示。X、Y、Z軸采用西門子1FK7、1FT7系列高動(dòng)態(tài)永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，砂輪主軸電動(dòng)機(jī)為西門子1PH7系列大功率異步電動(dòng)機(jī);一次裝夾深度成型磨削量可達(dá)十幾毫米，對(duì)冷卻液的流量和壓力要求較高。

2 急?；赝斯δ軐?shí)現(xiàn)方法分析

如果在磨削過(guò)程中發(fā)生諸如電動(dòng)機(jī)過(guò)載等急停報(bào)警時(shí)，雙磨頭立即離開工件表面并迅速回退到安全位置后，機(jī)床再進(jìn)入急停狀態(tài)，便可以避免工件表面燒傷的質(zhì)量問(wèn)題，也保證了設(shè)備安全。由此看來(lái)數(shù)控系統(tǒng)需要完成如下控制功能:第一，立即中斷當(dāng)前NCK通道加工程序的執(zhí)行;第二，自動(dòng)執(zhí)行回退子程序，控制雙磨頭快速、同步、按預(yù)定方向離開工件表面;第三，回退到安全位置后使機(jī)床立即處于急停狀態(tài)，見(jiàn)圖2。

2.1 通過(guò)NC程序中斷指令實(shí)現(xiàn)急停回退功能

SETINT是NC中斷程序指令，通過(guò)設(shè)置子程序中斷號(hào)和優(yōu)先級(jí)，中斷當(dāng)前通道正在執(zhí)行的加工程序。

編程格式:SETINT(n)PRIO=m Subroutine LIFTFAST

SETINT(n)為當(dāng)NCK快速輸入端n(1…8)接通時(shí)，啟動(dòng)中斷程序;PRIO=m為中斷優(yōu)先級(jí)別(1～128);Subroutine為中斷子程序名;LIFTFAST為快速離開工件輪廓;用“ENABLE”和“DISABLE”指令可以打開和關(guān)閉中斷程序。

分析:通過(guò)設(shè)置NCK快速I/O接口$A_IN［n］=1觸發(fā)中斷，用“LIFTFAST”指令控制坐標(biāo)軸快速離開工件表面，執(zhí)行中斷子程序回退到安全位置，其中PLC機(jī)床外部報(bào)警信號(hào)和NCU X121的I/O信號(hào)均可以作為中斷觸發(fā)源。此方法完全能夠?qū)崿F(xiàn)急?；赝斯δ埽切柙诿總€(gè)工件程序前編輯SETINT中斷指令來(lái)分配中斷，有些麻煩，而且對(duì)于外部中斷信號(hào)的處理上不方便，實(shí)用性不強(qiáng)。

2.2 通過(guò)PLC功能塊設(shè)置中斷實(shí)現(xiàn)急?；赝斯δ?/h3>

2.2.1 用FB4設(shè)置中斷

集成SIMATIC S7中FB4(PI_SERV)功能塊用于從PLC操作NCK特殊功能，如:選擇通道程序、分配中斷、刪除刀具、刀具管理等功能，通過(guò)設(shè)置形參“PIService”可以選擇、分配中斷功能，包括通道號(hào)、中斷號(hào)、優(yōu)先級(jí)、中斷程序路徑及中斷程序名。

2.2.2 用FC9和FC15功能塊實(shí)現(xiàn)回退

用NC程序指令或FB4分配中斷之后，通過(guò)FC9和FC15功能塊均可觸發(fā)中斷并實(shí)現(xiàn)回退。

(1)通過(guò)FC9實(shí)現(xiàn)回退的方法

FC9(ASUB)用于觸發(fā)中斷當(dāng)前通道程序的運(yùn)行，執(zhí)行中斷參數(shù)所分配的異步子程序。編程格式:

分析:將外部急停報(bào)警作為“Start”觸發(fā)條件，再指定通道和中斷號(hào)，系統(tǒng)便自動(dòng)調(diào)用與中斷號(hào)相對(duì)應(yīng)的異步子程序，可以實(shí)現(xiàn)多軸同步回退功能，移動(dòng)方式、速度、位置等參數(shù)的設(shè)置可在異步子程序中設(shè)置，除此之外還可以執(zhí)行冷卻液關(guān)閉、主軸停止等M指令。此方法不需要修改用戶加工程序，適合于PLC外部報(bào)警的處理。

(2)通過(guò)FC15實(shí)現(xiàn)回退的方法

FC15(POS_AX)用于實(shí)現(xiàn)線性軸或旋轉(zhuǎn)軸的定位功能。通過(guò)分配FC15的形參(軸號(hào)、移動(dòng)方式、倍率、回退位置、回退速度等)可以控制某一操作模式下的坐標(biāo)軸回退。

分析:FC15調(diào)用1次只能控制1個(gè)軸的移動(dòng)，用于實(shí)現(xiàn)雙磨頭同步回退功能不方便，且形參的調(diào)整需要通過(guò)step7編程軟件，也不方便。

綜合對(duì)比，考慮到問(wèn)題是實(shí)現(xiàn)外部報(bào)警觸發(fā)回退的功能，最終確定方案:采用PLC觸發(fā)中斷，通過(guò)FB4進(jìn)行中斷初始化，分配通道號(hào)、中斷號(hào)、優(yōu)先級(jí)、中斷程序路徑及中斷程序名，通過(guò)FC9觸發(fā)中斷當(dāng)前通道的工件程序的執(zhí)行，調(diào)用異步子程序完成回退，回退方向、速度、安全位置等參數(shù)的設(shè)置可在異步子程序中設(shè)置。

2.3 方案實(shí)施

2.3.1 激活異步子程序功能

異步子程序?yàn)檫x項(xiàng)功能，需要修改通用機(jī)床數(shù)據(jù)和通道機(jī)床數(shù)據(jù)激活，相關(guān)參數(shù)含義及具體修改如表1所示。

2.3.2 PLC程序設(shè)計(jì)

(1)調(diào)用FB1功能塊

在PLC程序中調(diào)用FB4功能塊，需要修改0B100組織塊中FB1設(shè)置，將形參NCKomm設(shè)置為“1”。

(2)創(chuàng)建DB數(shù)據(jù)塊

新建“asup_ini”數(shù)據(jù)塊(DB101)，定義異步子程序存儲(chǔ)路徑和程序名。DB101變量聲明見(jiàn)表2，其中‘_N_SPF_DIR’為子程序存貯路徑，‘_N_ASUP_SPF’為子程序名。

表1 異步子程序功能NC參數(shù)設(shè)置

表2 DB101數(shù)據(jù)塊變量

(3)設(shè)計(jì)FC100程序塊

在OB1中調(diào)用FC100，在FC100中調(diào)用FB4進(jìn)行中斷初始化，并調(diào)用FC9進(jìn)行異步子程序觸發(fā)源分配。程序設(shè)計(jì)具體如下:

①中斷初始化

②異步子程序觸發(fā)

(4)創(chuàng)建異步子程序

在程序存儲(chǔ)器_N_SPF_DIR目錄下創(chuàng)建ASUP.SPF子程序，舉例如下:

3 調(diào)試中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法

3.1 出現(xiàn)系統(tǒng)報(bào)警16963

用FC9調(diào)用異步子程序時(shí)(“Start“=1)，系統(tǒng)出現(xiàn)Alarm 16963:ASUB start declined。查閱報(bào)警原因:①M(fèi)D11602.0沒(méi)有設(shè)置;②MD11604 ASUP的中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)置太高。檢查發(fā)現(xiàn)MD11602.0=1，MD11604=7均設(shè)置正確。顯然報(bào)警另有原因，最終發(fā)現(xiàn)是由于FB1設(shè)置不正確，將 NCKomm由“False”設(shè)置為“True”，報(bào)警消除。

3.2 出現(xiàn)異步子程序多次調(diào)用

程序中用故障信號(hào)M100.0作為觸發(fā)中斷條件，應(yīng)當(dāng)執(zhí)行1次程序便停止，但有時(shí)會(huì)出現(xiàn)執(zhí)行多次回退動(dòng)作后才停止，此時(shí)通道為“Active”狀態(tài)。解決方法:利用FC9的“Done”信號(hào)，當(dāng)異步子程序執(zhí)行完成時(shí)，檢測(cè)“Done”=1，用 M 指令設(shè)置 DB21.DBX201.7=1，使通道1 處于“Reset”狀態(tài)。

4 結(jié)語(yǔ)

在不改變機(jī)床原有軟硬件配置的基礎(chǔ)上，利用功能開發(fā)與技術(shù)改進(jìn)，充分挖掘數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)潛能，成功實(shí)現(xiàn)了急?；赝斯δ茉趪?guó)產(chǎn)磨床上的應(yīng)用，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，具有較好的實(shí)用價(jià)值。對(duì)于其它數(shù)控磨床、磨齒機(jī)等也具有一定的借鑒價(jià)值。