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西門子840D數(shù)控系統(tǒng)在10m螺紋磨床上的應用
2013-1-29  來源:  作者:漢江機床有限公司 田廣利 付曉燕

       近年來國內大規(guī)格滾珠絲桿需求正在迅速增長,10m絲桿的需求更為突出。10m絲桿主要用于大型數(shù)控龍門銑、落地鏜床、機場登機通道等大型設備。2009年作為國家科技重大專項 ,我公司承擔了“大型精密、高效數(shù)控螺紋加工設備” 研發(fā)工作, SK7450×10010m數(shù)控絲杠磨床是國內目前最大的螺紋磨床,可整體磨削10m絲杠。由于工件的外圓需要磨削,單獨為此機床配備一臺10m外圓磨床成本太高,因此該機床應具備外圓磨削功能。因工件為單向磨削,返程時間長,希望在工件返回磨削起點的過程中完成砂輪修整任務。長絲桿價值高,突然停電將會導致正在加工的工件報廢,因此要求機床必須具備斷電回退功能。該機床在外接電源突然斷電的情況下,Z C 軸在聯(lián)動狀態(tài)時,X軸(砂輪)能作出快速響應,朝機床進給的反方向回退0.5mm以上,保護工件不被損壞。

 

       1.螺紋磨床基本結構及工作原理

 

       SK7450×1005軸數(shù)控螺紋磨床,原理如圖1所示。

 

 

       X 為砂輪架前后進給運動;Z 為工作左右運動;C 為工件旋轉運動;V 為修正輪上下運動;W為修正輪左右運動;VW軸的插補運動可完成砂輪齒形修整,Z C 軸的聯(lián)動形成螺旋線,在磨削過程中,C 軸轉360°,Z 軸走一個螺距,切削過程中必須保證嚴格的聯(lián)動關系。外界停電時,Z C軸停止運動,砂輪由于慣性繼續(xù)旋轉,工件和砂輪接觸的區(qū)域多磨去一部分金屬,造成工件損壞。

 

       XZ C 分配在通道1VW分配在通道2XZ VW在機床數(shù)據(jù)中設為直線軸,且均設為幾何軸,C設為旋轉軸。

 

       2. 雙通道及軸轉換功能

 

       (1)雙通道 該機床設為雙通道,目的是可以同時運行磨削程序和修整程序,對系統(tǒng)參數(shù)設置如下。

 

       基本參數(shù)設定:

 

       10000 AXCONF_MACHAX_NAME_TAB: X1Z1C1V2W2

 

       10010 ASSIGN_CHAN_TO_MODE_GROUP [0]:1

 

       10010 ASSIGN_CHAN_TO_MODE_GROUP [1]:1

 

       19200 $ON_NUM_CHANNELS:2

 

       通道CH1參數(shù)設定:

 

       20050 AXCONF_GEOAX_ASSIGN_TAB[01]:12

 

       (定義幾何軸)

 

       20060 AXCONF_GEOAX_NAME_TAB[01]:X1Z1

 

       (幾何軸名稱)

 

       20070 AXCONF_MACHAX_USED[01234]:1-5

 

       (第1通道顯示軸數(shù))

 

       V W 設在兩個通道中,主通道為CH2,在CH1中該軸名稱反向顯示,便于觀察。

 

       20080 AXCONF_CHANAX_NAME_TAB[01234]:XZCVW(軸名稱)

 

       通道CH2參數(shù)設定:

 

       20050 AXCONF_GEOAX_ASSIGN_TAB[01]:12

 

       (定義幾何軸)

 

       20060 AXCONF_GEOAX_NAME_TAB[01]VW(幾何軸名稱)

 

       20070 AXCONF_MACHAX_USED[01]:1-2

 

       20080 AXCONF_CHANAX_NAME_TAB[45]: VW

 

        30550 AXCONF_ASSIGN_MASTER_CHAN軸所在的主通道,X Z C 此參數(shù)設1V W軸此數(shù)據(jù)設為2

 

       (2)軸轉換功能應用 機床上電后C 軸默認為主軸形式,執(zhí)行螺紋磨削程序前,在MDA方式下,執(zhí)行M70指令,將C 軸轉換成旋轉軸,然后回參考點。外圓磨削時,外圓磨削程序前執(zhí)行一條指令SPCON,將旋轉軸轉換成主軸,NC程序中可以用S指令給定主軸轉速。

 

       (3)第2通道應用 螺紋磨削時,工件從起點磨到終點時,當砂輪退出工件,在第一通道的磨削主程序中通過執(zhí)行M代碼啟動CH2上的修整程序,工件返回和砂輪修整同時執(zhí)行,節(jié)省了加工時間。

 

       砂輪修整程序也可以通過機床面板上的按鍵啟動。

 

       砂輪修整補償量可存放在自定義的公用變量GT中,第1通道的磨削程序可以用來進行砂輪修整補償。

 

        3. 斷電回退功能

   

 

        1)硬件配置及連線 系統(tǒng)選用SIEMENS840DPLC S7300,驅動器為611D,交流伺服電動機為1FT6系列和1FK系列。為了降低成本,采用國產電容器和UPS,硬件連接電路如圖2所示。

 

       (2)電路工作原理 在圖2所示電路中,UPSPC機所用600W UPS電源,開關KUPS電源控制開關。當開關K閉合時,UPS電源工作,向外部提供AC220V交流電,供給后面的DC24V用;當開關K斷開時,停止向外提供AC220V交流電。開關K用來檢測是外界停電還是機床正常關機,開關K與機床總電源開關聯(lián)動。外界停電時K是閉合的,正常關閉機床電源時K是斷開的。當UPS外部無AC220V供電時,UPS自動切換到逆變狀態(tài),正常向直流電源供給AC220V交流電壓,從而實現(xiàn)了DC24V直流電源的不間斷供電。驅動器動力電是由并接在直流母線上的電容儲備的電能供給的,電源模塊上可外接最大電容的容量,在西門子技術資料上查到,該機床采用的電容模塊為1.5mF。需要實現(xiàn)斷電回退功能的機床所選電源模塊必須是具備能量回饋功能,本機床采用的是E/RMODUL模塊,訂貨型號為6SN11451BA010BA3

 

       (3)回饋參數(shù)及程序 西門子的斷電回饋為選項功能,只有在訂貨時選上此功能才能激活。機床數(shù)據(jù)中需設置下列數(shù)據(jù):

 

       1634:LINK_VOLTAGE_RETRACT 580;

 

       1635:GEN_AXI_MIN_SPEED 0r/min;

 

       1637:GEN_STOP_DELAY 100ms;

 

       1638:RETRAC_TIME 500ms;

 

       1639:RETRACT_SPEED 400000H;

 

       NC程序中需增加下列程序段:

 

       $MA_ESR_REACTION[X]=11

 

       $AA_ENABLE[X]=1

 

       IDS=1 WHENEVER $AA_E SR_S TAT[X]>0 DO

 

       POS[X]=5

 

       此程序段可以放在螺紋加工循環(huán)程序之前,當直流母線電壓低于580V時,機床即開始執(zhí)行斷電回退功能。

 

       4. 結語

         采用以上功能滿足了10m磨床外圓及螺紋加工的要求。雙通道的采用,實現(xiàn)了修整與磨削同時進行,提高了磨削效率,滿足了10m長絲桿高效磨削的要求,斷電回退功能避免了工件因停電造成的損壞。經過幾年的運行,以上功能安全可靠,滿足了該機床的設計要求,使用效果良好。 

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