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實(shí)現SKODA鏜床數控改造Z/W軸的切換功能

訪(fǎng)問(wèn)量:

摘  要:針對SKODA銑鏜床主軸箱的特點(diǎn)——鏜桿、滑枕共用一臺電機驅動(dòng),在數控改造中,應用SIEMENS 840D設定點(diǎn)交換功能實(shí)現兩個(gè)數控軸Z/W的切換功能。
關(guān)鍵詞: 設定點(diǎn)交換  SKODA鏜床 

Realization of the Axis Z/W Exchange Function of CNC Boring Machine from SKODA NC Alteration

HU Guoqing
Abstract:According to the characteristic of SKODA boring machine——boring bar & ram are drived by one motor, while in CNC reforming of the machine, the axis Z/W exchange function is realized by the setpoint exchange function of SIEMENS 840D.
Keywords:Setpoint exchange;SKODA boring machine
 
捷克SKODA公司生產(chǎn)的銑鏜床在我國的安裝量很多,且大多數是20世紀80年代及以前的產(chǎn)品,機床的結構、機械磨損程度、電氣設備老化等方面均到了改造的時(shí)候,其中一部分根據使用要求需改造成數控機床。這時(shí),面臨的一個(gè)重要技術(shù)問(wèn)題就是:如何解決Z/W軸切換的問(wèn)題。
經(jīng)過(guò)多臺SKODA銑鏜床的數控改造,特別是兩臺中應用SIEMENS 840D setpoint exchange功能成功改造,我公司積累了豐富的經(jīng)驗,現就其改造方案與實(shí)施過(guò)程與同行交流,以作為同類(lèi)機床改造的借鑒。
1.SKODA主軸箱結構特點(diǎn)
為了使下面的描述更直觀(guān),先說(shuō)明常見(jiàn)SKODA銑鏜床主軸箱的機械結構共同特點(diǎn)。如圖1,鏜桿(Z軸)和滑枕(W軸)采用一臺電機驅動(dòng),通過(guò)離合器切換選擇驅動(dòng)對象,驅動(dòng)電機的輸出齒輪與鏜桿、滑枕之間的離合齒輪傳動(dòng)比均為1:1,安裝在鏜桿上的位置編碼器通過(guò)齒輪連接跟隨鏜桿或滑枕一起旋轉。如何在數控系統中實(shí)現Z、W兩個(gè)數控軸,給用戶(hù)以的前臺使用效果,需要做的后臺工作就是尋求一種方便實(shí)用同時(shí)節約成本的解決方案。
 
2.解決方案
    采用本章2.1節中描述的方案來(lái)解決問(wèn)題,但其成本、周期、性和方便使用性等方面均有明顯的缺點(diǎn),隨著(zhù)系統功能的發(fā)展和SIEMENS 840D Setpoint Exchange功能的推出,使得一種理想的解決方案應運而生。 
2.1 方案1:改造機械結構
Setpoint Exchange功能出來(lái)之前,受當時(shí)系統功能限制,采用如圖2所示,改造機械結構,重新設計制造主軸箱,分別通過(guò)兩臺伺服電機自帶的編碼器實(shí)現兩個(gè)軸的半閉環(huán)控制。電氣系統方面,需配置兩套驅動(dòng)裝置,分別作為Z、W軸伺服電機的控制。在系統作為兩個(gè)標準的數控軸來(lái)處理。這種方案的費用是高昂的,改造周期也很長(cháng)。這對機床數控改造來(lái)說(shuō),也是不可取的。
 
2.2方案2:兩個(gè)模塊驅動(dòng)一臺電機
比改造機械結構的方案進(jìn)了一步,減少了機械改造的工作量,從電氣方面實(shí)現兩個(gè)數控軸的功能,是以電氣彌補機械結構不足的方案。
驅動(dòng)裝置連接如圖3,由圖可知,伺服電機的動(dòng)力電源通過(guò)兩臺接觸器切換,滑枕/鏜桿位置編碼器反饋信號分別連接到相應的軸控制模塊,在數控系統硬件連接上是兩套獨立的裝置,只是通過(guò)外部連接的切換結合離合器的切換來(lái)實(shí)現Z、W軸的切換。另需在滑枕上增加安裝一只位置編碼器。
從連接圖不難看出:Z、W軸的切換需設置,動(dòng)力電源的切換必然帶來(lái)線(xiàn)路干擾源增強和抗干擾能力的下降,接觸器的觸點(diǎn)壽命有限,勢必給日后的維護維修留下不足。另外,采用兩套驅動(dòng)裝置驅動(dòng)一臺電機,以及相關(guān)器件的配置,從經(jīng)濟上看也增大了硬件成本。這個(gè)方案也是不可取的。

2.3 方案3:設定點(diǎn)交換方案
維持原有的機械結構和電氣驅動(dòng)連接方式不變,一套裝置驅動(dòng),以軟件代替硬件的策略,運用SIEMENS公司840D數控系統的選項功能Setpoint Exchange輕松實(shí)現Z、W軸的切換,實(shí)現了方便實(shí)用、節約成本、縮短改造周期的愿望。
下面就以SIEMENS 840D數控系統為例介紹該方案的系統組成:采用一臺1FT6交流伺服電機驅動(dòng),將電機自帶的正弦波增量式編碼器(1Vpp,2048P/R)連接至Z/W軸控制模塊SIMODRIVE 611D的X411端口,作為Z/W軸的速度反饋;將安裝在鏜桿上的編碼器連接至X421端口,作為Z/W軸的位置反饋。安裝帶有Setpoint Exchange選項功能軟件的PC卡,通過(guò)設置機床參數結合S7-300 PLC程序控制實(shí)現Z/W兩個(gè)數控軸的功能,且均為閉環(huán)控制。
如果應用上要求Z軸或W軸有其它測量裝置(如光柵尺等),則可以將Z或W軸的測量反饋信號連接至其它只有一個(gè)測量裝置的軸控制模塊X421端口上。只需修改相應的機床參數即可。
如果1FT6電機尾部編碼器和鏜桿編碼器選用值型(EnDat),將會(huì )使用更方便(對于原為非數控型結構,不需增加參考點(diǎn)減速開(kāi)關(guān),不需每次上電后返參考點(diǎn))。若機械結構上不方便在鏜桿/滑枕上安裝編碼器則可不裝,直接利用電機尾端編碼器實(shí)現半閉環(huán)控制,不影響系統的使用。
綜上所述,3個(gè)方案的比較歸納如表1所示
1

序號

方案特點(diǎn)

原始方案

設定點(diǎn)交換方案

方案一

方案二

1

改造成本

較高

2

設計與制造周期

長(cháng)

3

停機安裝調試周期

長(cháng)

4

系統結構

復雜

較復雜

簡(jiǎn)潔

5

系統故障點(diǎn)

一般

較多

6

系統干擾源

較弱

較強

較弱

7

使用方便性

較差

   
3.設定點(diǎn)交換
SIEMENS 840D數控系統設定點(diǎn)交換功能適合于572.2或更高性能的NCU、NC版本為Ver4.4及以后產(chǎn)品,支持3軸之間的設定點(diǎn)交換。
設定點(diǎn)交換的實(shí)施條件:交換組中的軸是固定的、無(wú)報警激活且方式組就緒、沒(méi)有軸被其它設定點(diǎn)交換組激活、驅動(dòng)系統完成了啟動(dòng)。
    可以通過(guò)PLC控制是否激活該項功能,也可以通過(guò)PLC控制激活哪幾個(gè)軸進(jìn)行設定點(diǎn)交換。
3.1 相關(guān)機床參數
通用機床參數包括:
MD63750[0/1/2] 設定點(diǎn)交換組的設定??稍O定3個(gè)軸。
MD10000 設定機床軸名。
MD13000 驅動(dòng)器激活。對于被交換的軸應不被激活(=0)。
MD13010 驅動(dòng)器邏輯編號。
另外幾個(gè)參數根據實(shí)際情況確定,在此略去。
軸參數包括:
MD30100 驅動(dòng)器類(lèi)型。設定點(diǎn)交換功能只適用于611D和PROFIBUS軸,該參數只能為1/5/6。
MD30110 對應驅動(dòng)器號。
MD30130 設定值輸出類(lèi)型。
MD30200 測量裝置數量。
MD30210 驅動(dòng)器類(lèi)型。
MD30220 測量驅動(dòng)號。
MD30230 測量輸入端口號。
MD30240 測量裝置類(lèi)型。
MD30350 模擬軸的軸信號輸出。
MD31050 相應軸的傳動(dòng)比分母。
MD31060 相應軸的傳動(dòng)比分子。
對于涉及到主軸的設定點(diǎn)交換時(shí),則還有MD30300、MD30310、MD30320、MD35000、MD35590等參數。 
3.2 相關(guān)接口信號
DB3*.DBX24.5、DB3*.DBX24.6用于激活設定點(diǎn)交換功能(表2)。
2

序號

DB3*.DBX24.5

DB3*.DBX24.6

功 能 描 述

1

0

0

不激活設定點(diǎn)交換功能

2

0

1

從MD63750[0]開(kāi)始激活設定點(diǎn)交換

3

1

0

從MD63750[1]開(kāi)始激活設定點(diǎn)交換

4

1

1

從MD63750[2]開(kāi)始激活設定點(diǎn)交換

DB3*.DBX1.4 設定跟隨方式。
DB3*.DBX1.5 /1.6激活測量系統1/2。
DB3*.DBX2.1 控制器使能。
DB3*.DBX96.5、DB3*.DBX96.6設定點(diǎn)交換功能激活狀態(tài)。
如果增加編程用M代碼,則相應的接口信號要納入編程。
3.3 相關(guān)報警信息
報警號26018:驅動(dòng)器類(lèi)型不正確(MD30100參數)。
報警號75451:設定點(diǎn)交換組設定不正確(MD63750參數)。
報警號75452:通過(guò)PLC激活時(shí)發(fā)現交換條件不滿(mǎn)足。 
3.4 特別說(shuō)明
完成了參數設置和控制程序后,就可以進(jìn)行軸交換了,在MMC的“服務(wù)”下的“軸調整”中可以監測到相應軸的控制使能及測量信號的變化。
設定點(diǎn)交換功能也可用于主軸(SP)和分度軸(A)的功能交換,即主軸同時(shí)可以作為分度軸來(lái)使用(如數控立車(chē)的主軸等)。它的應用給控制系統帶來(lái)了很大的靈活性,是SIEMENS公司特別推出的一種開(kāi)放性技術(shù)。

 

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