數控機床銑頭扭矩隨滑枕伸出自動限制技術

■濟南二機床集團有限公司 （山東 250022）

宿建友 周 輝 崔曉艷

數控機床在實際加工過程中，銑頭會根據工件的加工需要隨滑枕沿Z軸方向上下移動實現對工件的加工。有的用戶為了使機床能夠穩定工作，延長銑頭及附件銑頭使用壽命，保證加工精度，要求銑頭扭矩應隨滑枕伸出的長度不同而自動限制其大小，以避免人為操作不當，造成銑頭超過其本身額定扭矩而縮短壽命。我公司利用西門子公司840DSL數控系統開發出了銑頭扭矩隨滑枕伸出自動限制技術，滿足了用戶這一要求。

通過參數設置、PLC程序運算處理，實現控制主軸電機扭矩的輸出大小，銑頭就具有根據滑枕伸出位置自動識別和限制扭矩的功能。現通過主軸為第四軸的數控定梁龍門銑床實例，介紹銑頭扭矩隨滑枕伸出自動限制技術。

1. 參數設置限制值

首先在做驅動配置時，進入到配置主軸電動機驅動通訊報文格式界面時，將“針對該MDS的DDS數量”的選項改為8，即配置了主軸電動機8套驅動參數。

通過驅動參數P1520可設置8個扭矩限制值。首先需要通過主軸驅動PLC接口信號DB34.DBX 21.0、DB34.DBX 21.1、DB34.DB X21.2三個接口信號的編碼形成其相應的8個狀態，激活參數組P1520[0]～ P1520[7]的8個值。三個接口信號可分無附件銑頭和有附件銑頭兩種情況形成編碼。例如：數控龍門鏜銑床的滑枕伸出行程為0～－1000mm，當無附件銑頭時，滑枕伸出0～－500mm時扭矩限制值為其額定扭矩的100%；當滑枕伸出－500～－900mm時扭矩限制值為其額定扭矩的80%；當滑枕伸出－900～－1000mm時扭矩限制值為其額定扭矩的60%。當有附件銑頭時，滑枕伸出0～－500mm時扭矩限制值為其額定扭矩的60%；當滑枕伸出－500～－900mm時扭矩限制值為其額定扭矩的50%；當滑枕伸出－900～－1000mm時扭矩限制值為其額定扭矩的40%。然后根據電機的額定扭矩換算出不同位置的上限扭矩值，填入P1520參數組中。

假設：

DB34.DBX 21.0=A

DB34.DBX 21.1=B

DB34.DBX 21.2=C

我們便可以編制A、B、C三個接口信號的編碼、滑枕行程和對應參數值三者之間的關系表了。無附件銑頭時上述三者關系如表1所示：

表 1

有附件銑頭時上述三者關系如表2所示：

表 2

2. PLC程序處理

扭矩限制值參數設置完畢后，需要編制PLC程序讀出滑枕(Z軸)伸出行程，根據位置激活對應接口信號，形成編碼，這樣840DSL數控系統就可以根據編碼激活對應的電機扭矩限制值參數了。下一步是通過西門子NC-Var-Selector軟件生成NC-Variable表實現數控系統讀寫滑枕（即Z軸）位置變量，來激活參數組。

（1）變量選擇器生成。在隨系統一起到貨的工具盒（Toolbox）中，我們可以找到“NC-Var-Selector”并選中，“Nar-Selector”自動拷入程序內（即電腦“開始”菜單中的“程序”里面有“NC-Var-Selector 32bit”）。點擊“NCVar-Selector”，選擇菜單“Nc-Variable”，依次點擊“Select”、“Data”，選中“SW45SL”并打開，選中“ncv-NcData”打開，出現一個變量表（Ncvariable list）。

（2）新建一個變量表。點擊“P r o j e c t”、“N ew”菜單，出現一個空白變量表，然后輸入要求的變量表（例Z軸位置）：點擊“Edit”，選中“Search”，出現一個對話框，選“selection”，在對話框“Component”內找到“SEMA”，按“OK”，移動滑塊找到變量名為“measPos1[.]”、“measPos2[.]”，由于我們使用第二測量系統，故雙擊“measPos2[.]”，出現一個對話框，修改“LINE”為3，然后“OK”，Z軸位置變量自動填入“NEW”變量表第1項中，形成如表3所示。

表 3

建立一個以var為后綴的文件，將此變量表保存。在菜單“code”中點擊“generate”，將文件變為以awl為后綴的文件保存。點擊菜單“code”可修改DB塊（默認值為DB120）并保存、關閉。

在菜單“c o d e”中，點擊“to step7 project”,將生成的以awl為后綴的文件導入你所建立的project內的“sources”中。

（3）P L C 運算處理。打開S T E P7軟件，選中你的項目（project），點擊“insert”，在菜單中找到“Extornal Source”并選中，然后找到你的以awl為后綴的文件，選中該文件，在菜單“Edit”中編譯（Compile）后生成指定編號的數據塊。通過功能塊FB2對該數據塊的調用，將Z軸坐標數據傳送給數據塊DB70，就可得到滑枕（Z軸）的當前坐標。FB2調用的程序如下：

CALL FB 2 , DB100

Req :=DB70.DBX44.0

NumVar :=1

Addr1 :="SysVar.get".N_SEMA_measPos23_6 （實時讀取Z軸坐標）

Unit1 :=

Column1:=

Line1 :=

Addr2 :=

Unit2 :=

Column2:=

Line2 :=

Addr3 :=

Unit3 :=

Column3:=

Line3 :=

Addr4 :=

Unit4 :=

Column4:=

Line4 :=

Addr5 :=

Unit5 :=

Column5:=

Line5 :=

Addr6 :=

Unit6 :=

Column6:=

Line6 :=

Addr7 :=

Unit7 :=

Column7:=

Line7 :=

Addr8 :=

Unit8 :=

Column8:=

Line8 :=

Error :=DB70.DBX44.2

NDR :=DB70.DBX44.1

State :=

RD1 :=DB70.DBD4 （讀出的Z軸坐標傳送到此數據塊中）

RD2 :=

RD3 :=

RD4 :=

RD5 :=

RD6 :=

RD7 :=

RD8 :=

然后將DB70.DBD4的坐標值與要求的滑枕伸出的扭矩限制位置進行比較，執行相應的PLC程序，得到對應的編碼，最后數控系統根據編碼狀態激活相應的參數進行扭矩限制。下面是無附件銑頭情況下的部分PLC程序：

L DB70.DBD4 （讀滑枕移動位置）

L -5.000000e+002 （與－500mm比較）

>R

JC M001 （當Z軸坐標0～－500mm時跳轉）

L DB70.DBD4

L -9.000000e+002 （與－900mm比較）

>R

JCN M002 （當Z軸坐標在－900mm～－1 000mm范圍內時跳轉）

SET

= DB34.DBX21.0 （當Z軸坐標在－500mm～－900mm范圍內時激活驅動參數P1250[1]中的扭矩設定值。）

CLR

= DB34.DBX21.1

= DB34.DBX21.2

JU END

M002：NOP 1

SET

= DB34.DBX21.1 （當Z軸坐標在－900mm～－1 000mm范圍內時激活驅動參數P1250[2]中的扭矩上限設定值。）

CLR

= DB34.DBX21.0

= DB34.DBX21.2

JU END

M001：CLR （當Z軸坐標0～－500mm時，主銑頭電動機采用驅動參數P1250[0]中設定的額定扭矩值。）

= DB34.DBX21.0 （A）

= DB34.DBX21.1 （B）

= DB34.DBX21.2 （C）

END：NOP 1

當上面相應接口信號為1時，數控系統自動把對應的P1520內的值作為主銑頭電機扭矩限制值，這樣就可以實現銑頭扭矩隨滑枕伸出自動限制了。有附件銑頭的情況也以類似方法實現。

3. 確定加工工藝方案

根據銑頭扭矩限制的滑枕伸出位置范圍和銑頭扭矩限制值，確定出合理的數控加工工藝方案，編寫加工程序，合理控制加工時的切削速度和和主軸轉速。經過與不使用銑頭扭矩限制技術的數控機床對比，使用銑頭扭矩限制技術的數控機床進行加工時，提高了工件的加工精度，減少了機床加工時的震動和工件加工面的振紋，同時延長了主銑頭和附件銑頭的使用壽命。

4. 結語

銑頭隨滑枕伸出扭矩自動限制技術經過使用，工作可靠，使用起來方便，不需要增加任何硬件，降低了制造成本，主銑頭和附件銑頭的機械傳動鏈部分故障率明顯減小，減少了數控機床的故障維修停機時間，提高了數控機床的穩定性和銑頭使用壽命，提高了數控機床的加工效率。