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電子齒輪在SKODA W250H落地鏜銑床再制造中的應用

訪(fǎng)問(wèn)量:

摘要:應用SINUMERIK 840DE的電子齒輪功能,詳細闡述了SKODA落地鏜銑床整體再制造過(guò)程中Z、W軸分離后的數控功能問(wèn)題的解決方法。
 
捷克SKODA公司的重型落地鏜銑床在中國的使用數量近千臺,這些機床大都已經(jīng)過(guò)再制造或面臨再制造的需求。由于其主軸箱結構的特點(diǎn),在該類(lèi)型機床再制造過(guò)程中都面臨主軸電機是否更換以及鏜桿與滑枕傳動(dòng)鏈是否分離的問(wèn)題。
由于原主軸電機為直流電機,且整體安裝在主軸箱殼體內,更換主軸電機需對殼體進(jìn)行加工,所以大多數SKODA鏜床再制造時(shí)未進(jìn)行更換,只是對主軸電機進(jìn)行大修或保養,采用直流驅動(dòng)裝置調速,應用模擬量模塊實(shí)現模擬主軸功能。SKODA鏜床的鏜桿與滑枕進(jìn)給是共用一臺電機驅動(dòng),通過(guò)電磁離合器進(jìn)行切換,通常在再制造時(shí)采用設定點(diǎn)交換來(lái)實(shí)現鏜桿與滑枕雙數控軸功能。
為了徹底解決因結構引起的再制造困難,我公司針對該結構對鏜桿(Z軸)與滑枕(W軸)傳動(dòng)鏈的分離進(jìn)行重新設計與制造,利用原有主軸箱結構實(shí)現了主軸電機更換和Z/W軸分離。本文就該方案對一臺SKODA W250H落地鏜銑床再制造中采用的數控技術(shù)進(jìn)行闡述,希望能給同行帶來(lái)一些啟發(fā)。
1.      問(wèn)題來(lái)源
受鏜桿與滑枕傳動(dòng)鏈結構的約束,重新設計后的鏜桿與滑枕需按照一定的規則運動(dòng):鏜桿可獨立前后全行程移動(dòng),但滑枕移動(dòng)時(shí)鏜桿需同速度同方向地移動(dòng)。這需要應用電子齒輪來(lái)實(shí)現Z、W軸的運動(dòng)關(guān)系。
通常情況下,將Z軸簡(jiǎn)單地作為電子齒輪軸處理即可(如執行NC指令EGDEF(Z,W,1)、EGON(Z,“FINE”,W,1,1)),但實(shí)際應用中會(huì )發(fā)現Z軸按增量方式(G91)進(jìn)給是正確的,但按照絕對方式(G90)進(jìn)給則不對,其原因是由于系統將耦合狀態(tài)下Z軸移動(dòng)的行程不計入Z軸的位置變化。
2.      解決方法
2.1   系統配置
該機床采用西門(mén)子SINUMERIK 840DE數控系統,再制造后的Z、W和主軸均為獨立的數控軸,采用獨立的SIMODRIVE 611D驅動(dòng)相應的電機,其中Z、W軸伺服電機(型號1FT6108-8AC71-4EG1)均自帶EnDat絕對值編碼器,半閉環(huán)控制。
系統NCU選用NCU572.5功能,配置電子齒輪和垂度補償選項功能。整個(gè)機床的數控系統配置PCU50.3、OP015A和MCP483C機床控制面板,在操作走臺上安裝了HHU手持單元。主軸電機更換為西門(mén)子1PH7226-2ND03-0AC3(92kW,1000/3100rpm)交流主軸電機,并安裝主軸位置編碼器,實(shí)現全數控主軸,并具有主軸定向、螺紋切削、攻絲等功能。
2.2   電子齒輪
為解決這個(gè)問(wèn)題,需設置電子齒輪軸組Z、W、EG,其中Z軸為虛擬軸,Z、W軸為主導軸,EG軸為電子齒輪軸,W、EG分別對應物理W、Z軸,NC參數配置如下:
N10000 $MN_AXCONF_MACHAX_NAME_TAB[2]="Z1"
N10000 $MN_AXCONF_MACHAX_NAME_TAB[3]="W1"
N10000 $MN_AXCONF_MACHAX_NAME_TAB[5]="EG1"
N11660 $MN_NUM_EG=1                   ;電子齒輪軸組數量
N20070 $MC_AXCONF_MACHAX_USED[2]=3
N20070 $MC_AXCONF_MACHAX_USED[3]=4
N20070 $MC_AXCONF_MACHAX_USED[5]=6
N20080 $MC_AXCONF_CHANAX_NAME_TAB[2]="Z"
N20080 $MC_AXCONF_CHANAX_NAME_TAB[3]="W"
N20080 $MC_AXCONF_CHANAX_NAME_TAB[5]="EG"
N30130 $MA_CTRLOUT_TYPE[0,AX3]=0     ;Z軸設定值輸出不激活
N30132 $MA_IS_VIRTUAL_AX[0,AX3]=1     ;Z軸設為虛擬軸
N30240 $MA_ENC_TYPE[0,AX3]=0
N30350 $MA_SIMU_AX_VDI_OUTPUT[AX3]=1    ;虛擬軸Z也輸出VDI接口信號到PLC
N37200 $MA_COUPLE_POS_TOL_COARSE[AX6]=1 ;EG軸耦合粗同步最大允許誤差
N37210 $MA_COUPLE_POS_TOL_FINE[AX6]=0.5   ;EG軸耦合精同步最大允許誤差
由于該電子齒輪軸組為固定耦合,所以需設置MD20110 $MC_RESET_MODE_MASK的bit15=“0”,即電子齒輪在復位/程序結束后保持有效。
編制電子齒輪耦合子程序LINK_ZW.SPF,內容如下:
EGDEF(EG,Z,1,W,1)   ;定義EG軸為電子齒輪軸,Z、W軸為主導軸,以設定值耦合
EGON(EG,"FINE",Z,1,1,W,1,1) ;激活電子齒輪軸組,EG運動(dòng)關(guān)系與Z、W均為同向1:1
M30
編制電子齒輪耦合子程序UNLINK_ZW.SPF(該程序只是用于故障處理,通常不需要執行),內容如下:
EGOFS(EG,Z,W)       ;解除EG與Z、W軸之間的耦合關(guān)系
EGDEL(EG)           ;刪除電子齒輪耦合軸組
M17
按照以上方式處理后的Z軸位置即為鏜桿的實(shí)際機床坐標值,W軸即為實(shí)際的滑枕物理軸。不管是G90,還是G91編程方式,Z、W軸的運動(dòng)均正常,但一旦機床重新上電,則Z軸的機床坐標值就變?yōu)?,這顯然不符合應用需求。這就需要Z軸具有參考點(diǎn)記憶功能,一旦確定了機床零點(diǎn)Z值,則不隨重新上電或NCK復位而丟失。
2.3   參考點(diǎn)標識
對于物理數控軸來(lái)說(shuō),可以由絕對值測量裝置來(lái)保持其參考點(diǎn)值,但Z軸是虛擬軸,就是設置其為參考點(diǎn)保持,重新上電后其值仍然會(huì )變?yōu)榱恪?br /> 為了解決這個(gè)問(wèn)題,需編制一個(gè)PLC程序塊FC501,其內容包括以下步驟:
1)   在PLC中調用FB2功能塊,在機床重新上電時(shí)讀取EG、W軸的機床坐標值(一旦機床零點(diǎn)確定,則Z與EG、W軸的機床坐標值之間存在一定的數學(xué)關(guān)系);
2)   由于EG、W均為絕對值測量裝置,所以重新上電后有參考點(diǎn)標識,其坐標值為實(shí)際機床坐標值。由讀取的EG和W軸坐標值,計算出Z軸應有的坐標值mz,并將mz通過(guò)FB3功能塊寫(xiě)入到MD34100[0,Z]中(寫(xiě)入之前通過(guò)FB4功能塊登錄“制造商”權限,待后臺執行“通道復位”指令使該參數生效后退出登錄);
3)   通過(guò)PLC后臺控制在REF方式下,使Z軸建立參考點(diǎn)標識,則其坐標值會(huì )自動(dòng)修改為Z軸應有的坐標值mz。
2.4   功能完善
為了使用戶(hù)在使用機床時(shí)感覺(jué)不到Z、W和EG的關(guān)系,且不需要知道有EG軸的存在,所以需設置MMC畫(huà)面顯示中去掉EG軸,并修改機床控制面板MCP483C的控制程序FC19功能塊,屏蔽掉第6、7、8、9軸,使用戶(hù)操作機床時(shí)不能選擇EG軸,并在按第6、7、8、9軸空白按鈕時(shí)當前被選軸不被復位,修改內容如下:
    mks1: L     LW [AR2,P#4.0]             //MCPIn45 load
      AW   W#16#CE0                 //原為EE7,屏蔽軸6、7、8、9
      L     #AxisNo                   //does not change the display bits
      JZ    kea2
mks2: A    #wksold
      JC    mks4
      T     #mksaxisold               //Save old selected axis
mks4: L     LD [AR2,P#10.0]            //Load from MCPOut23  onwards
      AD    DW#16#9F3FFEFF           //原為8F31FEFF,屏蔽軸6、7、8、9
由于Z、W、EG電子齒輪軸組為永久性耦合,且在機床通電狀態(tài)下保持耦合特性不變,所以需要在機床一上電時(shí)即需自動(dòng)執行LINK_ZW.SPF,因此需應用事件觸發(fā)異步子程序功能,即在機床上電($P_PROG_EVENT==4)時(shí),觸發(fā)執行一次LINK_ZW.SPF,方法如下:
N20108 $MC_PROG_EVENT_MASK='H8'  ;激活“重新上電”事件觸發(fā)功能
N11620 $MN_PROG_EVENT_NAME="LINK_EVENT";定義事件驅動(dòng)異步子程序名為L(cháng)INK_ EVENT.SPF,該文件通常存放在“制造商循環(huán)”目錄下,并裝載到NC中。
編寫(xiě)LINK_EVENT.SPF程序內容如下:
IF ($P_PROG_EVENT==4)  ;重新上電事件觸發(fā)
LINK_ZW                   ;執行LINK_ZW.SPF程序,激活電子齒輪軸組
ENDIF
M17
最后需在PLC程序中將DB36.DBX98.0(電子齒輪軸EG激活,且完成精同步)作為機床啟動(dòng)條件之一,串聯(lián)在機床啟動(dòng)程序中。
 
3.      結語(yǔ)
該機床經(jīng)過(guò)近一年的實(shí)際加工運行與操作,所有功能均運行正常,每次上電或NCK復位后,MMC顯示Z軸帶有參考點(diǎn)標識,并且其數值是系統重啟前的實(shí)際機床坐標值。在操作方面,雖然Z軸為虛擬軸,EG軸對應了實(shí)際鏜桿的伺服電機,但是經(jīng)過(guò)這樣的處理后,Z軸對應了實(shí)際操作與編程的Z軸(即為鏜桿),完全沒(méi)有影響到常規的操作方式和習慣。在加工編程中,還是以Z軸編程,加工操作上沒(méi)有任何不便,可以說(shuō)已達到了較理想的效果。
采用這個(gè)方案對于鏜桿與滑枕的功能處理方面工作量比較大,也許還有更好的解決辦法,希望此文能起到拋磚引玉的作用,供同行技術(shù)人員共同探討。

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