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

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(yú)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(mén)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(kāi)；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(mén)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(kāi)。

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(mén)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(kāi)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(mén)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(kāi)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(mén)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(mén)子840D sl數(shù)控系統(tǒng)解決了機(jī)床之前的諸多問(wèn)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。