設(shè)定點切換功能在立式車銑中心上的應(yīng)用

周肇元，班帥，劉闊，劉啟偉

（沈陽機床（集團）有限責(zé)任公司，沈陽 110142）

0 引言

在大型立式車銑加工中心上，為了擴展機床的加工范圍，往往需要使用附件頭。附件頭包括直鏜銑頭、直角鏜銑頭、萬能鏜銑頭及多工位車刀盤等。其中直角鏜銑頭與萬能鏜銑頭的C 軸回轉(zhuǎn)是由滑枕內(nèi)的電主軸進(jìn)行驅(qū)動。通常情況下，由于附件頭需要自動更換的原因，附件頭內(nèi)部不會安放直接的C 軸反饋光柵。因此，該軸的定位精度通常要使用傘齒盤輔助定位。

本文通過在直角鏜銑頭內(nèi)部放置直接反饋的齒形編碼器，通過Siemens 840D 系統(tǒng)中的設(shè)定點切換功能實現(xiàn)滑枕電主軸多個全閉環(huán)反饋的自動切換，實現(xiàn)附件頭C軸的高定位精度，此種技術(shù)首先是建立在Siemens 840D系統(tǒng)的Parking 軸動態(tài)插拔的基礎(chǔ)上，本文僅對設(shè)定點切換功能進(jìn)行闡述，Parking 軸功能自行參見Siemens 公司的DOConCD 2013 版的功能手冊。

1 硬件連接

SIEMENS 840D 系統(tǒng)采用的是Simodrive 611D 數(shù)字驅(qū)動控制系統(tǒng)，其每個軸的控制單元上僅能連接1 個電機編碼器（內(nèi)環(huán)X411）和1 個直接反饋編碼器（外環(huán)X421）。實際情況是在滑枕內(nèi)部電主軸已經(jīng)分別有1 個電機編碼器和1 個外編碼器（2 個都是齒形編碼器），這2 個編碼器分別接入電主軸功率模塊上的X411 及X421 上。由于該模塊上已無其他編碼器接口，因此，在常規(guī)模式下直角鏜銑頭內(nèi)部的齒形編碼器已經(jīng)無法連接到電主軸的控制單元上了。

設(shè)定點切換功能正是為了應(yīng)對此種情況，該功能是使用相同的電機驅(qū)動不同的機床軸的一種特殊的應(yīng)用。

根據(jù)設(shè)定點切換功能的定義，我們了解到，需要將電主軸使用滑枕內(nèi)部編碼器與使用附件頭內(nèi)部編碼器的2 種情況，轉(zhuǎn)換為2 個不同的軸來控制。即使用滑枕內(nèi)部的齒形編碼器時，驅(qū)動的電機為電主軸，但系統(tǒng)控制的機床軸為SP2，即銑削主軸；使用直角鏜銑頭內(nèi)部的編碼器，驅(qū)動的電機液位電主軸時，系統(tǒng)控制的機床軸為C 及即附件頭C 擺。根據(jù)這一思路，如圖1 所示進(jìn)行系統(tǒng)連接。

如圖1 所示，SP2 軸與C 軸共用一個電機及滑枕內(nèi)部的電主軸，其中由于大多數(shù)狀態(tài)下電主軸用來進(jìn)行銑削加工，所以SP2 軸默認(rèn)使用電主軸驅(qū)動，電主軸的電機編碼器所及接入SP2 軸的X411 接口，2 個直接反饋的齒形編碼器分別接入SP2 軸的X421 接口與C 軸的X422 接口。C 軸控制單元的X412 接口空閑。至此，硬件連接完成。

2 功能原理

2.1 參數(shù)配置

在設(shè)定點切換功能中使用的公共驅(qū)動，即滑枕電主軸電機驅(qū)動的邏輯驅(qū)動號必須共享給其他使用該電機驅(qū)動的機床軸（即本文中提到的直角鏜銑頭C 軸）。因此這些機床軸需要將下列機床數(shù)據(jù)預(yù)先設(shè)置為公共軸的邏輯驅(qū)動號。假定SP2 軸邏輯驅(qū)動號為1，參數(shù)如下：

圖1 系統(tǒng)連接圖

2.2 功能激活

設(shè)定點切換功能有一個原則，即在同一組設(shè)定點切換通道內(nèi)，同一時間只可以切換一根機床軸。設(shè)定點切換激活后，下列PLC 接口型號動態(tài)實時響應(yīng)：DB31，…DBX24.5（設(shè)定點切換請求信號，PLC→NC）DB31，…DBX96.5（設(shè)定點切換狀態(tài)信號，NC→PLC）

2.3 切換條件

設(shè)定點切換功能激活時需滿足如下條件：1）所有的機床軸必須處于靜止?fàn)顟B(tài)；2）返參考點、測量、定點停車、星/角轉(zhuǎn)換及驅(qū)動參數(shù)更改等功能均不可激活；3）PROFIBUS 總線驅(qū)動上無錯誤。

PLC 接口中只允許有一個軸的設(shè)定點切換激活信號（DB31，…DBX96.5）置位。在切換過程中，所有機床軸的伺服使能自動服務(wù)。沒有獲得驅(qū)動控制權(quán)限的機床軸無法進(jìn)入全閉環(huán)為空狀態(tài)，因此垂直軸的抱閘必須抱緊。

2.4 特殊情況

如果在機床上電時系統(tǒng)沒有轉(zhuǎn)換請求，則驅(qū)動會自動分配給使用相同邏輯驅(qū)動號驅(qū)動中排在第一順位的機床軸。

如果有需要，在上電時需通過一些特殊方法對DB31，…DBX24.5 接口進(jìn)行控制，可實現(xiàn)初始化其他順位的機床軸獲得驅(qū)動控制權(quán)限。

3 功能調(diào)試

3.1 接口信號

1）狀態(tài)信號。狀態(tài)信號包含在所有機床軸接口的下列字節(jié)中，所有中均相同：DB31，…DBB92－DBB95

2）控制信號。控制信號包含在所有機床軸接口的下列字節(jié)中，所有中均相同：DB31，…DBB20-DBB21

3）控制使能。PLC 接口信號：DB31，…DBX2.1（控制使能）僅在獲得了驅(qū)動控制權(quán)限的機床軸中生效，即下列信號置位的機床軸：DB31，…DBX96.5=1（設(shè)定點切換完成狀態(tài)）。

3.2 控制流程圖

現(xiàn)以立式車銑中心直角鏜銑頭為例，以控制流程圖的形式，描述附件頭C軸的切換過程，其中初始狀態(tài)為：SP2 軸已獲得驅(qū)動控制權(quán)限；C 軸準(zhǔn)備獲得驅(qū)動控制權(quán)限。具體的控制流程圖如圖2所示。

圖2 控制流程圖

4 結(jié)語

本文對立式車銑中心的滑枕附件頭提出了一種新的控制方式，極大地提高了附件頭定位精度，最后通過控制流程圖的方式詳細(xì)敘述了設(shè)定點切換功能的具體使用方法，效果良好。

［1］Siemens SINUMERIK 840D/840Dsl Special functions 03/2013［M］.

［2］Siemens SINUMERIK 840D/840Dsl Extended functions 03/2013［M］.

［3］Siemens SINUMERIK 840sl NC variable and interface signals 03/2013［M］.