車銑加工中心S3 軸定位改造

楊永濤，唐劍華

（中車資陽機(jī)車有限公司鋼結(jié)構(gòu)事業(yè)部，四川資陽 641300）

0 引言

為了滿足新型曲軸的加工質(zhì)量要求，提高曲軸生產(chǎn)效率，中車資陽機(jī)車有限公司引進(jìn)了一臺德國車銑加工中心（圖1）。該加工中心采用西門子840C 控制系統(tǒng)，目前用于銑削曲軸安裝面、連桿頸，車削主軸頸、開檔以及安裝面鉆孔、鏜孔的工作。

1 問題的提出

在此機(jī)床的使用過程中，出現(xiàn)了編號為20082 的“主軸閉環(huán)硬件故障”的報警。根據(jù)西門子840C 相關(guān)報警資料查閱，了解到故障是發(fā)生在S3軸的位置環(huán)控制。引起這一報警的原因有4 個：NC 啟動被鎖??；繼電器設(shè)定點(diǎn)丟失；準(zhǔn)備信號被切除；伺服使能信號超時主軸伺服使能失效。

圖1 車銑加工中心

首先檢查與S3 軸控制模塊611D 相連接的編碼器線，沒有發(fā)現(xiàn)有斷線現(xiàn)象，然后打開S3 軸的控制參數(shù)一一核對，也沒有發(fā)現(xiàn)被改動的情況。接著又使用示波器檢查編碼器的輸出信號，發(fā)現(xiàn)沒有信號輸出，因此初步判斷是安裝在S3 軸齒輪上的磁性編碼器出了問題。隨后將機(jī)床軸監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)5212.3“no measuring circuit monitoring”的值由“no”改為“yes”，報警隨即消失。這一步的目的是取消測量環(huán)的監(jiān)控，從而判斷出故障在測量環(huán)。

由于S3 軸采用的是全閉環(huán)控制，為了確定故障是否由磁性編碼器引起，采用了全閉環(huán)改半閉環(huán)的方法，目的是隔離磁性編碼器。在操作界面上具體設(shè)置方法如下：

2 改造方案

針對這次車銑加工中心S3 軸定位系統(tǒng)故障的解決，先后考慮了3 種方案。

圖2 S3 軸磁性編碼器

方案1：維修。在查明了故障原因之后，首先想到的是自行修復(fù)，這是最迅速、最經(jīng)濟(jì)、最直接的解決問題的方法。但是由于編碼器為精密部件，又沒有專門的檢測儀器，依靠現(xiàn)有的技術(shù)無法判斷出其故障位置，在對其表面及內(nèi)部進(jìn)行檢查和清理之后，問題仍然存在。此設(shè)備是德國進(jìn)口，這種編碼器很難在國內(nèi)找到能夠維修的廠家，而且維修成功率也是一個未知數(shù)，再加上沒有備用元件，在維修期間只能等待。這從生產(chǎn)的角度出發(fā)是不允許的。

方案2：購買。購買新的磁性編碼器可以解決問題，但是其昂貴的價格和購買的周期都是必須要考慮的因素。由于這些設(shè)備元件都是設(shè)計(jì)機(jī)床時原配的，如果新購的編碼器在功能和尺寸上出現(xiàn)某些不合適，那么將會帶來更麻煩的后果。

方案3：改造。查閱西門子相關(guān)資料弄清楚了磁性編碼器與SIMODRIVE 611D 通信的工作原理，根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，利用十分常見的接近開關(guān)傳感器可以實(shí)現(xiàn)磁性傳感器為S3 軸定位的功能。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是改造周期短、費(fèi)用低（與編碼器相比，接近開關(guān)很經(jīng)濟(jì)），而且在發(fā)生故障時維修也比較方便。

比較以上3 種方案的優(yōu)缺點(diǎn)之后，認(rèn)為方案3 最經(jīng)濟(jì)、可靠和方便。因?yàn)橹恍枥媒咏_關(guān)的輸出點(diǎn)給SIMODRIVE 611D一個24 V 的電壓信號就可以達(dá)到控制S3 軸電機(jī)的目的，從而使S3 軸停在預(yù)想的位置。

3 主要器件的選用、原理、機(jī)床參數(shù)設(shè)定

接近開關(guān)與端子X432 的連線如圖3 所示。

由圖3 可以看出，X432 的19 號端子與9 號端子分別為接近開關(guān)提供了0 V 以及+24 V 的工作電源：當(dāng)接近開關(guān)在工作狀態(tài)時，其感應(yīng)頭感應(yīng)到金屬感應(yīng)塊后便輸出一個高電平，通過X432 的B1 端給S3 軸電機(jī)一個準(zhǔn)停信號，從而使S3 軸停在指定位置。

此外，因?yàn)橛媒咏_關(guān)代替了磁性編碼器。機(jī)床的部分參數(shù)也必須進(jìn)行一定調(diào)整，參數(shù)更改如下。

（1）齒輪比。在使用磁性編碼器時，編碼器與主軸通過齒輪盤直接相連（圖4），所以它的齒輪比的數(shù)值是1頤1 的關(guān)系。但是在使用接近開關(guān)之后，電機(jī)軸通過齒型帶連接在主軸轉(zhuǎn)盤（圖5），轉(zhuǎn)盤齒數(shù)發(fā)生了變化，齒輪比也因此做出如下改變。

圖3 接近開關(guān)與端子X432 的連線

圖4 改造前磁性編碼器與主軸的關(guān)系

Gear factor r=r1/r2

24202 r1:Load speed 1 保持不變

24212 r2:motor speed 由1 改為6（電機(jī)旋轉(zhuǎn)6 周，主軸旋轉(zhuǎn)1 周）

（2）零點(diǎn)偏置。接近開關(guān)只是在硬限位上確定了S3 軸的停止位置，當(dāng)接近開關(guān)感應(yīng)到感應(yīng)塊后，就向驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)出一個電機(jī)準(zhǔn)停信號。要求準(zhǔn)停信號的軟限位和接近開關(guān)的硬限位重合，從而達(dá)到S3 軸停在指定位置的目的，因此需要對S3 軸的零點(diǎn)標(biāo)記位進(jìn)行設(shè)定。

4592 Zero mark offset=某一個值（該值是一個變量，根據(jù)每一次的實(shí)際偏移量進(jìn)行修改）

4 調(diào)試

S3 軸的準(zhǔn)停功能主要是為換刀和車功能服務(wù)，因?yàn)橹挥性谔囟ǖ奈恢茫毒叩膴A緊放松才能實(shí)現(xiàn)，同時才允許進(jìn)行車削加工。因此，安裝金屬感應(yīng)塊與接近開關(guān)的相對位置就顯得特別關(guān)鍵，如果出現(xiàn)偏差將會使刀盤不能完成抓刀動作，嚴(yán)重時還會導(dǎo)致授油嘴損壞?？紤]到上述問題，經(jīng)過了多次試驗(yàn)和調(diào)試，最終決定將其安裝在如圖6 所示位置。

安裝結(jié)束后，經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)，每一次主軸都能停止在要求的位置，滿足了改造要求。

圖6 接近開關(guān)及感應(yīng)塊安裝位置

5 結(jié)束語

通過此次改造工作，在恢復(fù)了S3 軸定位功能的同時，進(jìn)一步了解和認(rèn)識了西門子840C 系統(tǒng)位置檢測的相關(guān)內(nèi)容和原理，為今后類似的維修工作積累了經(jīng)驗(yàn)。