西門子特殊功能在旋風(fēng)銑床上的應(yīng)用

■陜西漢江機床有限公司 （陜西 723003） 賈振旭 蘇保平 劉 輝

西門子特殊功能在旋風(fēng)銑床上的應(yīng)用

■陜西漢江機床有限公司 （陜西 723003） 賈振旭 蘇保平 劉 輝

摘要：大型數(shù)控旋風(fēng)銑床一般加工工件較長，而且振動較大。為了提高加工精度，減小刀具磨損，需要在銑頭兩端夾持工件。由于一般伺服電動機控制為位置控制，不能滿足需求，西門子帶力矩控制的固定點停止功能可以很好的解決力矩控制的需求。本文以數(shù)控旋風(fēng)銑床中的具體應(yīng)用，詳細(xì)介紹西門子帶力矩控制的固定點停止功能的調(diào)試方法。

近年來國內(nèi)大規(guī)格滾珠絲杠需求正在迅速增長，普通的磨削技術(shù)不能滿足高效綠色加工。螺紋旋風(fēng)硬銑削技術(shù)可以對硬度62HRC的滾珠絲杠進行硬銑削，免去熱處理和磨削工序，滿足精密高效加工，是目前精密螺紋高效制造發(fā)展起來的新工藝、新方法。旋風(fēng)銑削切削力小，零件變形少，加工后的零件具有較高的精度和表面質(zhì)量。加工后的切屑帶走絕大部分熱量，工件溫升低，熱變形小，不用切削液實現(xiàn)干切削，使這一新工藝邁入高速綠色制造領(lǐng)域。

對于長規(guī)格滾珠絲杠裝夾時工件中間下垂會影響工件的加工精度，銑削加工時工件的振動也會影響加工精度和刀具的使用壽命。采用工件外圓定位的自適應(yīng)夾持裝置，進行自動定位、自動夾緊，可自動適應(yīng)外圓誤差變化，提高加工精度。由于自動夾緊要求系統(tǒng)控制為恒定力矩控制，一般伺服電動機控制為位置控制，不能滿足這一要求，西門子系統(tǒng)固定點停止功能為力矩控制，正好可以控制夾持裝置的自動定位、夾緊，具體方法如下。

1. 旋風(fēng)銑床基本結(jié)構(gòu)及工作原理

H J092×80為我公司生產(chǎn)的8m數(shù)控旋風(fēng)銑床，使用西門子840D SL系統(tǒng)，此系統(tǒng)可靠性高，開放性好，用戶可根據(jù)自己的要求進行二次開發(fā)。系統(tǒng)控制10個數(shù)控軸，軸基本位置及工作原理如圖1所示。

圖1

如圖1所示，X為銑頭橫進給運動；Z為銑頭縱向運動；C為頭架旋轉(zhuǎn)運動；U1、U2為左、右跟刀架松開夾緊運動；V1、V2、V3、V4分別為4個中心架垂直升降運動；SP為銑頭旋轉(zhuǎn)運動。機床的螺紋銑削運動是由頭架旋轉(zhuǎn)和旋風(fēng)銑頭的縱向移動、聯(lián)動來實現(xiàn)。在銑削過程中，C軸轉(zhuǎn)360°，Z軸走一個螺距，切削過程中必須保證嚴(yán)格的聯(lián)動關(guān)系。旋風(fēng)銑頭縱向運動配置高精度光

柵尺，頭架旋轉(zhuǎn)配置高精度角度編碼器，實現(xiàn)全閉環(huán)位置反饋，用來進一步提高工件的加工精度。

左右跟刀架應(yīng)用西門子系統(tǒng)帶力矩控制的固定點停止功能控制工件的夾緊和松開，實現(xiàn)力矩控制的要求。4個中心架通過上、下移動V形支撐塊實現(xiàn)托起、釋放工件的動作。在工件銑削過程中，在Z、C聯(lián)動的同時，根據(jù)拖板在不同的位置，需要中心架向上移動實現(xiàn)支撐工件和向下移動讓過拖板的運動。所以需要系統(tǒng)設(shè)置兩個通道，分別控制工件銑削、工件夾持及工件支撐運動。

2. 機床軸及雙通道的設(shè)置

X、Z、C、SP軸分配在通道1，U1、U2、V1、V2、V3、V4分配在通道2，X、Z、U1、U2、V1、V2、V3、V4在機床數(shù)據(jù)中設(shè)為直線軸，X、Z設(shè)為幾何軸，C設(shè)為旋轉(zhuǎn)軸，SP設(shè)為主軸。該機床設(shè)為雙通道，目的是可以同時運行銑削程序、工件夾持和支撐程序，對系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置如下。

通用參數(shù)設(shè)定：

10000 AXCONF_MACHAX_ NAME_TAB[0；1；2；3；4；5；6；7；8；9]:X1；Z1；C1；U1；U2；V1；V2；V3；V4；SP1 （機床軸名稱）

10010 ASSIGN_CHAN_TO_ MODE_GROUP [0]: 1（有效通道）

10010 ASSIGN_CHAN_TO_ MODE_GROUP [1]: 1 （有效通道）

19200 ON_NUM_CHANNELS: 2（選項數(shù)據(jù)，訂貨時選此功能才能激活）

（2）通道CH1參數(shù)設(shè)定：

20050 A X C O N F_G E O A X_ ASSIGN_TAB[0；1；2]: 1；2；0（定義幾何軸）

20060 AXCONF_GEOAX_NAME_ TAB[0；1]: X；Z（幾何軸名稱）

20070 AXCONF_MACHAX_ USED[0；1；2；3]: 1；2；3；10（通道顯示軸號）

20080 AXCONF_CHANAX_ NAME_TAB[0；1；2；3]: X；Z；C；SP （通道軸名稱）

（3）通道CH2參數(shù)設(shè)定：

20050 A X C O N F_G E O A X_ ASSIGN_TAB[0；1；2]: 0；0；0（定義幾何軸）

20070 AXCONF_MACHAX_ USED[0；1；2；3；4；5]: 4；5；6；7；8；9 （通道顯示軸號）

20080 AXCONF_CHANAX_ NAME_TAB[0；1；2；3；4；5]: U1；U2；V1；V2；V3；V4 （通道軸名稱）

3.自適應(yīng)夾持系統(tǒng)夾緊力控制方法

旋風(fēng)銑削機床以絲杠外圓定位，采用先進的夾持定位技術(shù)，旋銑區(qū)域采用自動測力卡爪夾持并與旋銑刀盤同步移動，確保工件的夾緊力和定位精度，有利于控制絲杠的加工精度。

（1）系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置。

19310 ON_AXIS_FUNCTION_ MASK: 2H（選項數(shù)據(jù)，訂貨時選此功能才能激活）

37000 FIXED_STOP_MODE: 1H（運行到定點停模式，設(shè)置U1、U2參數(shù)）

37020 FIXED_STOP_WINDOW_ DEF: 2（監(jiān)控窗口，設(shè)置U1、U2參數(shù)）

3 7 0 3 0 F I X E D _ S T O P _ THRESHOLD: 5（檢測閾值，設(shè)置U1、U2參數(shù)）

（2）夾緊力調(diào)整。通過調(diào)整夾持裝置電動機輸出力矩的百分比來調(diào)整工件的夾緊力。其中夾緊參數(shù)和中心架參數(shù)OEM界面如圖 2所示。

（3）夾緊工件程序。以左跟刀架夾持系統(tǒng)的夾緊程序如下：

R2=R1/SQRT(2)+R12

G90 G53 G00 U1=R2+1

G01 U1=R2-3 F500 FXS[U1]=1 FXST[U1]=R10

M30

其中R2為夾緊位置的坐標(biāo)，根據(jù)工件外圓直徑自動計算，R10為夾緊力矩的百分比。

松開工件程序。

FXS[U1]=0

G91 G53 G01 U1=1 F1000

G00 G90 U1=0

M30

右跟刀架夾持系統(tǒng)與左跟刀架相似，通過調(diào)整夾緊參數(shù)R10，控制U1、U2軸電動機輸出力矩，來調(diào)整工件的夾緊力。

4. 結(jié)語

圖2

采用以上功能滿足了HJ092×80數(shù)控旋風(fēng)銑床加工的要求。雙通道的采用，實現(xiàn)了工件銑削、工件夾持和支撐同時進行，帶力矩控制的固定點停止功能解決了用伺服電動機帶動實現(xiàn)夾緊和松開工件的目的。外圓定位自適應(yīng)夾持系統(tǒng)，在結(jié)構(gòu)上改變了傳統(tǒng)中心孔定位方式，用工

件外圓作為加工定位面，解決工件加工和使用基準(zhǔn)一致性問題，提高了加工精度、刀具使用壽命，解決了旋風(fēng)銑床的關(guān)鍵性問題。機床經(jīng)過幾年的運行，以上功能安全可靠，滿足了該機床的設(shè)計要求，使用效果良好。

專家點評

該文章取材新穎，也比較貼近實際，較成功的應(yīng)用了西門子系統(tǒng)帶力矩控制的固定點停止功能，使用工件外圓定位的自適應(yīng)夾持裝置解決了對于長規(guī)格滾珠絲杠裝夾時工件中間下垂，銑削加工時工件的振動等問題，并且對系統(tǒng)參數(shù)、通道參數(shù)設(shè)置進行了詳盡的描述，該文章具有較強的推廣價值，對讀者有較強的指導(dǎo)意義。

收稿日期：（20141012）