數(shù)控機(jī)床銑頭扭矩隨滑枕伸出自動限制技術(shù)

■濟(jì)南二機(jī)床集團(tuán)有限公司 （山東 250022）

宿建友 周 輝 崔曉艷

數(shù)控機(jī)床在實(shí)際加工過程中，銑頭會根據(jù)工件的加工需要隨滑枕沿Z軸方向上下移動實(shí)現(xiàn)對工件的加工。有的用戶為了使機(jī)床能夠穩(wěn)定工作，延長銑頭及附件銑頭使用壽命，保證加工精度，要求銑頭扭矩應(yīng)隨滑枕伸出的長度不同而自動限制其大小，以避免人為操作不當(dāng)，造成銑頭超過其本身額定扭矩而縮短壽命。我公司利用西門子公司840DSL數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)出了銑頭扭矩隨滑枕伸出自動限制技術(shù)，滿足了用戶這一要求。

通過參數(shù)設(shè)置、PLC程序運(yùn)算處理，實(shí)現(xiàn)控制主軸電機(jī)扭矩的輸出大小，銑頭就具有根據(jù)滑枕伸出位置自動識別和限制扭矩的功能?，F(xiàn)通過主軸為第四軸的數(shù)控定梁龍門銑床實(shí)例，介紹銑頭扭矩隨滑枕伸出自動限制技術(shù)。

1. 參數(shù)設(shè)置限制值

首先在做驅(qū)動配置時(shí)，進(jìn)入到配置主軸電動機(jī)驅(qū)動通訊報(bào)文格式界面時(shí)，將“針對該MDS的DDS數(shù)量”的選項(xiàng)改為8，即配置了主軸電動機(jī)8套驅(qū)動參數(shù)。

通過驅(qū)動參數(shù)P1520可設(shè)置8個(gè)扭矩限制值。首先需要通過主軸驅(qū)動PLC接口信號DB34.DBX 21.0、DB34.DBX 21.1、DB34.DB X21.2三個(gè)接口信號的編碼形成其相應(yīng)的8個(gè)狀態(tài)，激活參數(shù)組P1520[0]～ P1520[7]的8個(gè)值。三個(gè)接口信號可分無附件銑頭和有附件銑頭兩種情況形成編碼。例如：數(shù)控龍門鏜銑床的滑枕伸出行程為0～－1000mm，當(dāng)無附件銑頭時(shí)，滑枕伸出0～－500mm時(shí)扭矩限制值為其額定扭矩的100%；當(dāng)滑枕伸出－500～－900mm時(shí)扭矩限制值為其額定扭矩的80%；當(dāng)滑枕伸出－900～－1000mm時(shí)扭矩限制值為其額定扭矩的60%。當(dāng)有附件銑頭時(shí)，滑枕伸出0～－500mm時(shí)扭矩限制值為其額定扭矩的60%；當(dāng)滑枕伸出－500～－900mm時(shí)扭矩限制值為其額定扭矩的50%；當(dāng)滑枕伸出－900～－1000mm時(shí)扭矩限制值為其額定扭矩的40%。然后根據(jù)電機(jī)的額定扭矩?fù)Q算出不同位置的上限扭矩值，填入P1520參數(shù)組中。

假設(shè)：

DB34.DBX 21.0=A

DB34.DBX 21.1=B

DB34.DBX 21.2=C

我們便可以編制A、B、C三個(gè)接口信號的編碼、滑枕行程和對應(yīng)參數(shù)值三者之間的關(guān)系表了。無附件銑頭時(shí)上述三者關(guān)系如表1所示：

表 1

有附件銑頭時(shí)上述三者關(guān)系如表2所示：

表 2

2. PLC程序處理

扭矩限制值參數(shù)設(shè)置完畢后，需要編制PLC程序讀出滑枕(Z軸)伸出行程，根據(jù)位置激活對應(yīng)接口信號，形成編碼，這樣840DSL數(shù)控系統(tǒng)就可以根據(jù)編碼激活對應(yīng)的電機(jī)扭矩限制值參數(shù)了。下一步是通過西門子NC-Var-Selector軟件生成NC-Variable表實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)讀寫滑枕（即Z軸）位置變量，來激活參數(shù)組。

（1）變量選擇器生成。在隨系統(tǒng)一起到貨的工具盒（Toolbox）中，我們可以找到“NC-Var-Selector”并選中，“Nar-Selector”自動拷入程序內(nèi)（即電腦“開始”菜單中的“程序”里面有“NC-Var-Selector 32bit”）。點(diǎn)擊“NCVar-Selector”，選擇菜單“Nc-Variable”，依次點(diǎn)擊“Select”、“Data”，選中“SW45SL”并打開，選中“ncv-NcData”打開，出現(xiàn)一個(gè)變量表（Ncvariable list）。

（2）新建一個(gè)變量表。點(diǎn)擊“P r o j e c t”、“N ew”菜單，出現(xiàn)一個(gè)空白變量表，然后輸入要求的變量表（例Z軸位置）：點(diǎn)擊“Edit”，選中“Search”，出現(xiàn)一個(gè)對話框，選“selection”，在對話框“Component”內(nèi)找到“SEMA”，按“OK”，移動滑塊找到變量名為“measPos1[.]”、“measPos2[.]”，由于我們使用第二測量系統(tǒng)，故雙擊“measPos2[.]”，出現(xiàn)一個(gè)對話框，修改“LINE”為3，然后“OK”，Z軸位置變量自動填入“NEW”變量表第1項(xiàng)中，形成如表3所示。

表 3

建立一個(gè)以var為后綴的文件，將此變量表保存。在菜單“code”中點(diǎn)擊“generate”，將文件變?yōu)橐詀wl為后綴的文件保存。點(diǎn)擊菜單“code”可修改DB塊（默認(rèn)值為DB120）并保存、關(guān)閉。

在菜單“c o d e”中，點(diǎn)擊“to step7 project”,將生成的以awl為后綴的文件導(dǎo)入你所建立的project內(nèi)的“sources”中。

（3）P L C 運(yùn)算處理。打開S T E P7軟件，選中你的項(xiàng)目（project），點(diǎn)擊“insert”，在菜單中找到“Extornal Source”并選中，然后找到你的以awl為后綴的文件，選中該文件，在菜單“Edit”中編譯（Compile）后生成指定編號的數(shù)據(jù)塊。通過功能塊FB2對該數(shù)據(jù)塊的調(diào)用，將Z軸坐標(biāo)數(shù)據(jù)傳送給數(shù)據(jù)塊DB70，就可得到滑枕（Z軸）的當(dāng)前坐標(biāo)。FB2調(diào)用的程序如下：

CALL FB 2 , DB100

Req :=DB70.DBX44.0

NumVar :=1

Addr1 :="SysVar.get".N_SEMA_measPos23_6 （實(shí)時(shí)讀取Z軸坐標(biāo)）

Unit1 :=

Column1:=

Line1 :=

Addr2 :=

Unit2 :=

Column2:=

Line2 :=

Addr3 :=

Unit3 :=

Column3:=

Line3 :=

Addr4 :=

Unit4 :=

Column4:=

Line4 :=

Addr5 :=

Unit5 :=

Column5:=

Line5 :=

Addr6 :=

Unit6 :=

Column6:=

Line6 :=

Addr7 :=

Unit7 :=

Column7:=

Line7 :=

Addr8 :=

Unit8 :=

Column8:=

Line8 :=

Error :=DB70.DBX44.2

NDR :=DB70.DBX44.1

State :=

RD1 :=DB70.DBD4 （讀出的Z軸坐標(biāo)傳送到此數(shù)據(jù)塊中）

RD2 :=

RD3 :=

RD4 :=

RD5 :=

RD6 :=

RD7 :=

RD8 :=

然后將DB70.DBD4的坐標(biāo)值與要求的滑枕伸出的扭矩限制位置進(jìn)行比較，執(zhí)行相應(yīng)的PLC程序，得到對應(yīng)的編碼，最后數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)編碼狀態(tài)激活相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行扭矩限制。下面是無附件銑頭情況下的部分PLC程序：

L DB70.DBD4 （讀滑枕移動位置）

L -5.000000e+002 （與－500mm比較）

>R

JC M001 （當(dāng)Z軸坐標(biāo)0～－500mm時(shí)跳轉(zhuǎn)）

L DB70.DBD4

L -9.000000e+002 （與－900mm比較）

>R

JCN M002 （當(dāng)Z軸坐標(biāo)在－900mm～－1 000mm范圍內(nèi)時(shí)跳轉(zhuǎn)）

SET

= DB34.DBX21.0 （當(dāng)Z軸坐標(biāo)在－500mm～－900mm范圍內(nèi)時(shí)激活驅(qū)動參數(shù)P1250[1]中的扭矩設(shè)定值。）

CLR

= DB34.DBX21.1

= DB34.DBX21.2

JU END

M002：NOP 1

SET

= DB34.DBX21.1 （當(dāng)Z軸坐標(biāo)在－900mm～－1 000mm范圍內(nèi)時(shí)激活驅(qū)動參數(shù)P1250[2]中的扭矩上限設(shè)定值。）

CLR

= DB34.DBX21.0

= DB34.DBX21.2

JU END

M001：CLR （當(dāng)Z軸坐標(biāo)0～－500mm時(shí)，主銑頭電動機(jī)采用驅(qū)動參數(shù)P1250[0]中設(shè)定的額定扭矩值。）

= DB34.DBX21.0 （A）

= DB34.DBX21.1 （B）

= DB34.DBX21.2 （C）

END：NOP 1

當(dāng)上面相應(yīng)接口信號為1時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)自動把對應(yīng)的P1520內(nèi)的值作為主銑頭電機(jī)扭矩限制值，這樣就可以實(shí)現(xiàn)銑頭扭矩隨滑枕伸出自動限制了。有附件銑頭的情況也以類似方法實(shí)現(xiàn)。

3. 確定加工工藝方案

根據(jù)銑頭扭矩限制的滑枕伸出位置范圍和銑頭扭矩限制值，確定出合理的數(shù)控加工工藝方案，編寫加工程序，合理控制加工時(shí)的切削速度和和主軸轉(zhuǎn)速。經(jīng)過與不使用銑頭扭矩限制技術(shù)的數(shù)控機(jī)床對比，使用銑頭扭矩限制技術(shù)的數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工時(shí)，提高了工件的加工精度，減少了機(jī)床加工時(shí)的震動和工件加工面的振紋，同時(shí)延長了主銑頭和附件銑頭的使用壽命。

4. 結(jié)語

銑頭隨滑枕伸出扭矩自動限制技術(shù)經(jīng)過使用，工作可靠，使用起來方便，不需要增加任何硬件，降低了制造成本，主銑頭和附件銑頭的機(jī)械傳動鏈部分故障率明顯減小，減少了數(shù)控機(jī)床的故障維修停機(jī)時(shí)間，提高了數(shù)控機(jī)床的穩(wěn)定性和銑頭使用壽命，提高了數(shù)控機(jī)床的加工效率。