840D系統(tǒng)在數(shù)控雙面臥式銑鏜床上的應(yīng)用

林穎嬪

（蕪湖日升重型機(jī)床有限公司，安徽蕪湖 241000）

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

1．1 項(xiàng)目背景

2008年我公司承接了沈陽北方重工的兩臺(tái)數(shù)控雙面臥式銑鏜床。此機(jī)床為對(duì)稱結(jié)構(gòu):左右各一臺(tái)數(shù)控銑鏜床，中間為數(shù)控工作臺(tái)，兩邊可分別編程加工。該機(jī)床廣泛應(yīng)用于能源、交通、礦山和石化等行業(yè)，配置要求較高，設(shè)計(jì)部門相當(dāng)重視此項(xiàng)目。因此，我們?cè)跀?shù)控系統(tǒng)的選擇上較為慎重。為滿足本機(jī)床的雙通道、雙工作組的控制方式，比較了多家品牌后，最終選擇了西門子的高端數(shù)控方案:由SINUMERIK 840D、SIMODRIVE 611D數(shù)字驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和SIMATIC S7可編程控制器構(gòu)成全數(shù)字控制系統(tǒng)。

1．2 項(xiàng)目工藝介紹

本機(jī)床根據(jù)技術(shù)協(xié)議要求，被命名為TK6813×2。相當(dāng)于左右各一臺(tái)TK6813，即鏜桿直徑為130 mm的數(shù)控臥式銑鏜床，中間有一臺(tái)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。右邊的部分定義為主機(jī)部分，設(shè)為第一通道第一工作組;左邊的部分為輔機(jī)部分，設(shè)為第二通道第二工作組:各有3 個(gè)進(jìn)給軸（W1、Y1、Z1/W2、Y2、Z2）和一個(gè)主軸（SP1/SP2），主軸選用ANA模塊連接變頻器控制的模擬主軸。數(shù)控系統(tǒng)安裝在主機(jī)的操作臺(tái)上，可控制機(jī)床所有的動(dòng)作。在輔機(jī)的操作臺(tái)上安裝有輔機(jī)的手動(dòng)操作站，方便操作人員對(duì)刀使用。中間的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)有直線和旋轉(zhuǎn)2個(gè)軸，默認(rèn)為第一通道使用，第二通道可由程序指令調(diào)用。主機(jī)和輔機(jī)可相對(duì)獨(dú)立編程也可互相配合加工，這樣的結(jié)構(gòu)滿足寬度或孔距＞2 000 mm的大型工件的加工要求，既節(jié)省了加工時(shí)間，也節(jié)省了人力;再與立銑頭或平旋盤等附件配合使用，更能擴(kuò)大加工工藝范圍。

表1

1．3 機(jī)床參數(shù)和系統(tǒng)配置

機(jī)床主要技術(shù)參數(shù)見表1，數(shù)控系統(tǒng)配置見表2。

表2

2 TK6813×2的系統(tǒng)構(gòu)成和軟件實(shí)現(xiàn)的功能

2．1 TK6813×2的系統(tǒng)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)（圖1）

2．2 參數(shù)設(shè)定

針對(duì)本機(jī)床雙通道雙工作組的結(jié)構(gòu)調(diào)試，對(duì)系統(tǒng)的參數(shù)做了如下設(shè)置:

（1）通用參數(shù)設(shè)定

（2）通道參數(shù)設(shè)定

（3）主軸選擇

由于客戶對(duì)主軸沒有定位的要求，在權(quán)衡性價(jià)比后，我們選擇了變頻器驅(qū)動(dòng)的模擬主軸，并選擇用Analog axis模塊，可以帶2個(gè)模擬主軸。變頻器則是選用三菱FR－A700系列變頻器。為滿足2～700 r/min的轉(zhuǎn)速，主軸采用了機(jī)械齒輪兩檔變速，第一檔為2～120 r/min，第二檔為120 ～700 r/min。

（4）PLC程序

除了調(diào)用系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的程序塊和數(shù)據(jù)塊外，在主程序中對(duì)雙通道分別做了設(shè)置和處理。還針對(duì)本機(jī)床的需要編寫了如下程序塊:FC40為軸使能，限位，夾緊放松;FC41為液壓泵站控制;FC42為主按鈕站控制;FC43為主軸拉刀、松刀控制，平旋盤、角銑頭信號(hào)處理;FC44為主軸點(diǎn)動(dòng)控制;FC45為主機(jī)手持單元;FC46為輔機(jī)手持單元，輔機(jī)面板;FC48為潤(rùn)滑控制;FC47:報(bào)警信號(hào)處理;FC50為急停，按時(shí)序上電，抱閘打開;FC60為主軸換向控制;FC61為主機(jī)主軸換檔控制;FC62為輔機(jī)主軸換檔控制。

（5）軸優(yōu)化

由于機(jī)械結(jié)構(gòu)不同、潤(rùn)滑效果差異等現(xiàn)場(chǎng)因素，每個(gè)軸所帶的負(fù)載都會(huì)不一樣，系統(tǒng)可以對(duì)每個(gè)軸進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后對(duì)驅(qū)動(dòng)參數(shù)做出相應(yīng)的調(diào)整使電動(dòng)機(jī)的特性為最佳狀態(tài)。西門子840D系統(tǒng)的優(yōu)化可以直接在系統(tǒng)上操作，無需連接計(jì)算機(jī)調(diào)整，這也是840D系統(tǒng)的一大優(yōu)點(diǎn)。

3 難點(diǎn)分析

對(duì)于機(jī)床設(shè)備來說，加工精度是最為重要的檢收指標(biāo)。由于機(jī)床絲杠在制造、安裝和調(diào)整等方面的因素，以及磨損等原因，造成機(jī)械傳動(dòng)上的誤差，為提高機(jī)床的加工精度，西門子840D數(shù)控系統(tǒng)提供了多種補(bǔ)償功能，供機(jī)床精度調(diào)整時(shí)選用。我公司此臺(tái)雙面落地式銑鏜床主要用到了840D系統(tǒng)的反向間隙補(bǔ)償、螺距誤差補(bǔ)償和垂度補(bǔ)償。

（1）反向間隙補(bǔ)償 反向間隙主要是由機(jī)械傳動(dòng)部分之間的裝配間隙引起、在機(jī)床軸運(yùn)行方向發(fā)生改變時(shí)出現(xiàn)的誤差，此項(xiàng)補(bǔ)償只需在軸參數(shù)中修改即可。為了測(cè)量的精確，可利用激光干涉儀測(cè)反向間隙。由于此機(jī)床的8個(gè)軸中有6個(gè)軸帶第二測(cè)量系統(tǒng)，因此我們?cè)谛薷膮?shù)時(shí)對(duì)于有第二測(cè)量系統(tǒng)的軸修改軸參數(shù)32450［1］，而沒有第二測(cè)量系統(tǒng)的軸則將反向間隙值寫入32450［0］。

（2）螺距誤差補(bǔ)償 用于補(bǔ)償絲桿的螺距誤差或是第二測(cè)量系統(tǒng)的誤差。此項(xiàng)補(bǔ)償也可用激光干涉儀測(cè)得。但西門子840D數(shù)控系統(tǒng)的螺距誤差補(bǔ)償數(shù)據(jù)不是用機(jī)床數(shù)據(jù)描述，而是以參數(shù)變量通過零件程序形式或通用啟動(dòng)文件（_INI文件）形式來表達(dá)，需先將補(bǔ)償點(diǎn)數(shù)寫入?yún)?shù)38000［0］或38000［1］，再備份所有數(shù)據(jù)，并將備份完的數(shù)據(jù)回裝后生成補(bǔ)償表。補(bǔ)償表以第一軸（W1）為例，描述如下:

（3）垂度補(bǔ)償 由于鏜銑頭的重量或鏜桿自身的重量，造成相關(guān)軸的位置相對(duì)于移動(dòng)部件產(chǎn)生傾斜，即一個(gè)軸（基準(zhǔn)軸）由于自身的重量造成下垂，相對(duì)于另一個(gè)軸（補(bǔ)償軸）的絕對(duì)位置產(chǎn)生了變化。

本臺(tái)機(jī)床的主機(jī)和輔機(jī)部分的鏜桿伸出時(shí)并沒有明顯的下垂，因此并沒有做垂度補(bǔ)償，而是把垂度補(bǔ)償作為雙向的測(cè)量系統(tǒng)誤差補(bǔ)償來提高工作臺(tái)回轉(zhuǎn)軸的精度。

（4）雙向補(bǔ)償 由于工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)時(shí)機(jī)械傳動(dòng)上的誤差在正反方向上不一致，使激光干涉儀測(cè)量出來的正向與反向誤差不穩(wěn)定且相差較大;根據(jù)840D資料的描述，機(jī)床的一個(gè)軸，在同一補(bǔ)償表中，既可以定義為基準(zhǔn)軸，又可以定義為補(bǔ)償軸。當(dāng)基準(zhǔn)軸和補(bǔ)償軸同為一個(gè)軸時(shí)，可以利用下垂補(bǔ)償功能對(duì)該軸進(jìn)行螺距誤差或測(cè)量系統(tǒng)誤差補(bǔ)償。從補(bǔ)償變量參數(shù)$AN_CEC_DIRECTION［t］的描述中可以看出，由于下垂補(bǔ)償功能補(bǔ)償值具有方向性，所以下垂補(bǔ)償功能在用于螺距誤差或測(cè)量系統(tǒng)誤差時(shí)，可以理解為在坐標(biāo)軸兩個(gè)方向上可以分別給予補(bǔ)償。一個(gè)表應(yīng)用于補(bǔ)償軸的運(yùn)行正方向，另一個(gè)表應(yīng)用于補(bǔ)償同一軸的運(yùn)行負(fù)方向。以下是工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)軸的補(bǔ)償表:

正向補(bǔ)償文件:

負(fù)向補(bǔ)償文件:

4 項(xiàng)目運(yùn)行、應(yīng)用體會(huì)

這2臺(tái)機(jī)床于2009年底先后調(diào)試結(jié)束并分別在北方重工的2個(gè)車間投入使用，一直運(yùn)行良好，受到客戶好評(píng)，也為我公司在北方開辟了市場(chǎng)，樹立了良好的品牌效應(yīng)。

通過這2臺(tái)機(jī)床的生產(chǎn)調(diào)試，使我對(duì)西門子840D數(shù)控系統(tǒng)有了更深的認(rèn)識(shí)，其強(qiáng)大的功能、高度的集成化和程序的開放性使我們?cè)趹?yīng)用時(shí)更加靈活方便，而且產(chǎn)品的穩(wěn)定性很好。

［1］SINUMERIK 810D/840D簡(jiǎn)明調(diào)試指南［Z］．

［2］李健偉，鄭奔，劉祖剛．SIEMENS 840D繞度補(bǔ)償功能及應(yīng)用［J］．設(shè)備管理與維修，2009（2）．