西門子802D預(yù)裝潤滑控制程序的改進(jìn)

徐呈藝 曹 健 周開俊 陳淑俠 萬 馨

（南通職業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇南通 226007）

數(shù)控機(jī)床的潤滑系統(tǒng)主要包含對機(jī)床導(dǎo)軌、傳動齒輪、滾珠絲杠和主軸箱等潤滑。集中潤滑供油系統(tǒng)是指從一個潤滑油供給源把需要量的潤滑油準(zhǔn)確地供往多個潤滑點的系統(tǒng)，目前大部分機(jī)床采用這種方式。潤滑的主要作用是減小機(jī)床加工時的摩擦阻力，提高機(jī)床的加工精度，減小磨損，防止腐蝕，提高工作效率，延長機(jī)床的使用壽命等。本文以西門子802D系統(tǒng)CAK系列數(shù)控車床為對象，對其潤滑程序進(jìn)行了分析并實施了改進(jìn)，應(yīng)用證明改進(jìn)效果良好。

1 802D系統(tǒng)預(yù)裝程序的潤滑控制過程

西門子802D數(shù)控系統(tǒng)廠商預(yù)裝的SAMPLE_TURN．PTP PLC應(yīng)用程序?qū)嶋H的加工應(yīng)用具有優(yōu)良的效果，在國內(nèi)機(jī)床廠商中使用較廣泛，適合具有X和Z兩個進(jìn)給軸的數(shù)控車床如CAK系列等。它的間歇供油系統(tǒng)周期性定量對各潤滑點供油，使磨擦副形成和保持適量潤滑油膜，其潤滑時間和潤滑間隔時間根據(jù)數(shù)控機(jī)床的實際需要可以分別用參數(shù)MD14510［25］和 MD14510［24］設(shè)定。

如果上電潤滑設(shè)定參數(shù)MD14512［18］．2有效，數(shù)控機(jī)床開啟后立即潤滑一段時間（比如30 s），然后潤滑電動機(jī)停止?jié)櫥?，潤滑間隔時間后（比如8 min），再次潤滑相同時間（30 s），以此循環(huán);如果上電潤滑設(shè)定無效，數(shù)控機(jī)床開啟后，沒有立即潤滑，潤滑間隔時間后（如8 min），潤滑一段時間（如30 s），再停止?jié)櫥?，一段時間后（8 min）再次潤滑并反復(fù)循環(huán)。期間任何時刻按下操作面板的手動潤滑鍵K5應(yīng)立即進(jìn)行潤滑。如果發(fā)生電動機(jī)過載或潤滑油不足的情況，停止?jié)櫥l(fā)生報警，同時禁止進(jìn)給，即停止加工。

2 原潤滑控制存在的問題及改進(jìn)

（1）上電潤滑方式及改進(jìn)

原潤滑方式上電設(shè)定程序如圖1，M152．0為潤滑命令，機(jī)床上電時，并不是立即潤滑，要依據(jù)MD14512［18］．2參數(shù)設(shè)置是否有效，位地址為 V45001018．2，缺省是“0”。如果設(shè)置是“1”，則機(jī)床上電后才立即潤滑。如果機(jī)床位地址V45001018．2的變量是缺省值，機(jī)床上電后，而MD145120［24］參數(shù)設(shè)定潤滑間隔時間一般較長，如果這時操作人員忘了手動立即潤滑就開始加工，這時的非充分潤滑狀態(tài)對導(dǎo)軌等部分磨損較大，直接影響其運動精度和加工精度。

對這樣的改進(jìn)可以在原程序中直接去掉上電潤滑的設(shè)置，即機(jī)床開機(jī)，潤滑泵立刻開始工作，以便在短時間內(nèi)提供足夠潤滑油，使機(jī)床導(dǎo)軌上迅速形成一層油膜，為后續(xù)正確操作與加工質(zhì)量提供了重要的保障。

（2）定時潤滑方式及改進(jìn)

原潤滑間隔時間計算程序如圖2，采用了C24計數(shù)器和1 min時鐘脈沖周期的特殊繼電器，從而實現(xiàn)計算潤滑間隔時間且單位為min，VW45000048的變量對應(yīng)潤滑間隔時間MD145120［24］設(shè)定的參數(shù)。工件待加工、加工完畢或機(jī)床調(diào)試時，機(jī)床往往處于暫停工作狀態(tài)，潤滑油的需求量相應(yīng)減少很多甚至不再需要，即使特殊情況下也可用K5鍵手動潤滑。但定時潤滑方式在機(jī)床處于暫停狀態(tài)時，也按原有固定單一頻率潤滑，暫停時間越長，潤滑次數(shù)就越多，就造成了很大的浪費。

而西門子802D系統(tǒng)提供了MD33050參數(shù)可設(shè)置每軸的PLC控制的潤滑移動距離，即LUBRICATION_DIST，X軸的“潤滑脈沖”信號地址為 V39001002．0，Z軸的“潤滑脈沖”信號地址為V39011002．0。響應(yīng)的進(jìn)給軸移動的距離達(dá)到MD33050參數(shù)設(shè)置的移動距離后，不管軸是手動方式還是自動方式，移動正負(fù)方向，對應(yīng)軸相關(guān)接口信號“潤滑脈沖”（V390x1002．0）信號會被激活，使 V39001002．0或V39011002．0的狀態(tài)改變，由這些編程資源實現(xiàn)行程潤滑代替定時潤滑，這樣就可以解決機(jī)床在定時潤滑方式暫停狀態(tài)下浪費潤滑油的問題。

（3）潤滑油不足的處理及改進(jìn)

原潤滑方式報警程序如圖3，它是把電動機(jī)過載和潤滑油不足歸為一類處理，都會停止?jié)櫥l(fā)生報警，同時禁止進(jìn)給。電動機(jī)過載，常與潤滑系統(tǒng)因油路堵塞，潤滑電動機(jī)長時間運行或溫升過高等因素有關(guān)，應(yīng)立即禁止加工按原程序處理。

潤滑油不足，短時間不至于影響機(jī)床的性能，無需立即禁止進(jìn)給，停止加工。但應(yīng)有對操作者的報警提醒，如屏幕的報警提醒:700021 0 0“＊＊＊ 請立即添加潤滑油，否則8 min內(nèi)停止加工”，同時4號LED燈亮提醒。如果操作人員沒有在規(guī)定時間內(nèi)予以添加，可立即自動控制機(jī)床進(jìn)給禁止進(jìn)入暫停狀態(tài)。

3 改進(jìn)的潤滑程序的建立

潤滑程序的改進(jìn)盡量在原程序的基礎(chǔ)上進(jìn)行，這樣可以快速建成自己的PLC應(yīng)用程序，而且具有短時間內(nèi)成功率高的優(yōu)點。表1中列舉了需用到的編程資源地址對應(yīng)的功能含義和接口信號傳輸方向等。為了改進(jìn)后潤滑程序表達(dá)更為直觀，這里編寫的PLC程序中的編程資源大都以地址的形式直接給出，如圖4。

表1 改進(jìn)的潤滑程序的編程資源地址說明

潤滑程序在802D數(shù)控系統(tǒng)中以子程序的形式給出，所以網(wǎng)絡(luò)1的功能就是當(dāng)潤滑參數(shù)設(shè)置無效時，停止執(zhí)行當(dāng)前潤滑且返回主程序，除此以外還對潤滑輸出進(jìn)行了初始化。網(wǎng)絡(luò)2實現(xiàn)了PLC上電立即潤滑的功能。

行程潤滑原理是對計算車床X軸和Z軸兩軸潤滑脈沖數(shù)的累積，達(dá)到計算兩軸移動行程的目的，其中MD33050參數(shù)是通道專用機(jī)床數(shù)據(jù)，不管是X軸或是Z軸超過設(shè)置的距離時，都各自發(fā)出對應(yīng)“潤滑脈沖”信號。如機(jī)床上電后當(dāng)機(jī)床某軸移動到參數(shù)設(shè)定距離后，“潤滑脈沖”信號狀態(tài)為1，當(dāng)機(jī)床軸再次移動到參數(shù)設(shè)定的相等距離后，“潤滑脈沖”信號狀態(tài)為0。即當(dāng)“潤滑脈沖”信號狀態(tài)由0變?yōu)?時或當(dāng)“潤滑脈沖”信號狀態(tài)由1變?yōu)?時，為了方便計算機(jī)床的行程，這兩種時刻計數(shù)器C24當(dāng)前值須加1，所以我們可以把正跳變觸發(fā)和負(fù)跳變觸發(fā)指令聯(lián)合使用，如網(wǎng)絡(luò)4。計數(shù)器C24的當(dāng)前值是X軸“潤滑脈沖”信號和Z軸“潤滑脈沖”信號累加的結(jié)果，當(dāng)累計到VW45000048的值時，C24邏輯位為“1”，便接通圖4網(wǎng)絡(luò)6中的潤滑輸出和5號指示燈，同時網(wǎng)絡(luò)5中T27開始計算潤滑時間。潤滑時間達(dá)到時，網(wǎng)絡(luò)6中潤滑停止，網(wǎng)絡(luò)4中C24立即復(fù)位，網(wǎng)絡(luò)5中T27復(fù)位，則網(wǎng)絡(luò)4中T27常開觸點恢復(fù)斷開。如果潤滑命令M152．0此時不生效，C24又開始重新累計兩個軸的“潤滑脈沖”數(shù)計算行程，即潤滑正在進(jìn)行時的行程可以忽略，以此反復(fù)循環(huán)，實現(xiàn)了潤滑間隔依靠行程的原理，每次潤滑時間是可由原參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，單位為0.01 s，可設(shè)最長時間為327.67 s。這樣在待加工、加工完畢或調(diào)試等暫停狀態(tài)時，不會導(dǎo)致頻繁潤滑，很大程度地節(jié)省了潤滑油。

由于兩軸“潤滑脈沖”信號發(fā)出的時間上有先后，時間間隔難以計算。例如當(dāng)某一時刻X軸“潤滑脈沖”信號發(fā)出時正好達(dá)到了C24的計數(shù)預(yù)設(shè)值，而Z軸在本身對應(yīng)的“潤滑脈沖”信號之前發(fā)出后到此時刻已經(jīng)移動了一段距離，這樣兩軸總行程累計就難以把握。以我們的經(jīng)驗，MD33050參數(shù)在設(shè)置時盡量小些，這樣參數(shù)MD14510［24］可以設(shè)置的大些，實際總行程的可控精度就可以高些。如MD33050參數(shù)設(shè)置為200mm，MD14510［24］參數(shù)設(shè)置為 40，這樣兩軸累計總行程達(dá)到8 m左右就潤滑輸出一次。

當(dāng)發(fā)生潤滑油不足時，網(wǎng)絡(luò)7中的I8．6觸點閉合，接通報警信號700021和4號LED指示燈，提醒及時補(bǔ)足潤滑油，使進(jìn)給禁止信號復(fù)位，即繼續(xù)進(jìn)給狀態(tài)，加工不會立即中斷，同時接通定時器T1（定時基準(zhǔn)為100 ms）。如在T1規(guī)定的時間內(nèi)及時添加潤滑油，按復(fù)位鍵，用戶報警消失，對加工并不影響，保證了加工過程的連續(xù)性，減少了停機(jī)時間。如沒有在T1規(guī)定的時間內(nèi)添加潤滑油，除了出現(xiàn)用戶報警信號外，還會激活送往通道的進(jìn)給停止信號V32000006.0，禁止進(jìn)給，只有添加足夠潤滑油，再按復(fù)位鍵可消除進(jìn)給保持，然后按“循環(huán)啟動”按鈕，機(jī)床可繼續(xù)加工操作。

用戶報警文本是用戶處理報警的重要信息，潤滑油不足PLC用戶報警文本的制作具體過程如下:

（1）利用準(zhǔn)備好的“802D sl調(diào)試網(wǎng)線”將計算機(jī)和802D sl的X5連接起來;從WINDOWS的“開始”中找到RCS 802，并建立在線連接;（2）選擇［Extras］→［Toolbox Manager］→［Select OEM］，如圖5;（3）選擇“Chinese”→“alcu．txt”→［Edit］;（4）在彈出的編輯工具中編輯報警文本“alcu．txt”，在引號內(nèi)寫入報警時要提示的信息:700021 0 0“＊＊＊請立即添加潤滑油，否則8 min內(nèi)停止加工!!”。每個報警文本最多50個字符（25個漢字），不足50個字符的應(yīng)在引號中增加空格。

4 結(jié)語

改進(jìn)后的潤滑控制程序，已在當(dāng)?shù)夭糠制髽I(yè)應(yīng)用了一段時間，反饋效果良好。潤滑不充分導(dǎo)致的導(dǎo)軌研傷等問題得到了較大的改善，提高了機(jī)床的運動精度和加工精度，潤滑油液比改進(jìn)前平均節(jié)省了12% ～20%左右，同時減少了停機(jī)時間，提高了工作效率，降低了機(jī)床維護(hù)成本，具有綠色制造技術(shù)的鮮明特色。

［1］曹健，顧劍鋒．?dāng)?shù)控機(jī)床潤滑系統(tǒng)控制的改進(jìn)［J］．制造技術(shù)與機(jī)床，2005（8）:72－73．

［2］SINUMERIK 802D sl簡明調(diào)試手冊［Z］．西門子系統(tǒng)資料，2008（2）．

［3］SINUMERIK 802D sl PLC子程序庫說明［Z］．西門子系統(tǒng)資料，2009（5）．

［4］SINUMERIK 802D sl機(jī)床數(shù)據(jù)與接口信號參數(shù)手冊［Z］．西門子系統(tǒng)資料，2011（3）．