車銑加工中心S3 軸定位改造

楊永濤，唐劍華

（中車資陽機車有限公司鋼結構事業部，四川資陽 641300）

0 引言

為了滿足新型曲軸的加工質量要求，提高曲軸生產效率，中車資陽機車有限公司引進了一臺德國車銑加工中心（圖1）。該加工中心采用西門子840C 控制系統，目前用于銑削曲軸安裝面、連桿頸，車削主軸頸、開檔以及安裝面鉆孔、鏜孔的工作。

1 問題的提出

在此機床的使用過程中，出現了編號為20082 的“主軸閉環硬件故障”的報警。根據西門子840C 相關報警資料查閱，了解到故障是發生在S3軸的位置環控制。引起這一報警的原因有4 個：NC 啟動被鎖住；繼電器設定點丟失；準備信號被切除；伺服使能信號超時主軸伺服使能失效。

圖1 車銑加工中心

首先檢查與S3 軸控制模塊611D 相連接的編碼器線，沒有發現有斷線現象，然后打開S3 軸的控制參數一一核對，也沒有發現被改動的情況。接著又使用示波器檢查編碼器的輸出信號，發現沒有信號輸出，因此初步判斷是安裝在S3 軸齒輪上的磁性編碼器出了問題。隨后將機床軸監控數據5212.3“no measuring circuit monitoring”的值由“no”改為“yes”，報警隨即消失。這一步的目的是取消測量環的監控，從而判斷出故障在測量環。

由于S3 軸采用的是全閉環控制，為了確定故障是否由磁性編碼器引起，采用了全閉環改半閉環的方法，目的是隔離磁性編碼器。在操作界面上具體設置方法如下：

2 改造方案

針對這次車銑加工中心S3 軸定位系統故障的解決，先后考慮了3 種方案。

圖2 S3 軸磁性編碼器

方案1：維修。在查明了故障原因之后，首先想到的是自行修復，這是最迅速、最經濟、最直接的解決問題的方法。但是由于編碼器為精密部件，又沒有專門的檢測儀器，依靠現有的技術無法判斷出其故障位置，在對其表面及內部進行檢查和清理之后，問題仍然存在。此設備是德國進口，這種編碼器很難在國內找到能夠維修的廠家，而且維修成功率也是一個未知數，再加上沒有備用元件，在維修期間只能等待。這從生產的角度出發是不允許的。

方案2：購買。購買新的磁性編碼器可以解決問題，但是其昂貴的價格和購買的周期都是必須要考慮的因素。由于這些設備元件都是設計機床時原配的，如果新購的編碼器在功能和尺寸上出現某些不合適，那么將會帶來更麻煩的后果。

方案3：改造。查閱西門子相關資料弄清楚了磁性編碼器與SIMODRIVE 611D 通信的工作原理，根據以往的經驗發現，利用十分常見的接近開關傳感器可以實現磁性傳感器為S3 軸定位的功能。這種方案的優點是改造周期短、費用低（與編碼器相比，接近開關很經濟），而且在發生故障時維修也比較方便。

比較以上3 種方案的優缺點之后，認為方案3 最經濟、可靠和方便。因為只需利用接近開關的輸出點給SIMODRIVE 611D一個24 V 的電壓信號就可以達到控制S3 軸電機的目的，從而使S3 軸停在預想的位置。

3 主要器件的選用、原理、機床參數設定

接近開關與端子X432 的連線如圖3 所示。

由圖3 可以看出，X432 的19 號端子與9 號端子分別為接近開關提供了0 V 以及+24 V 的工作電源：當接近開關在工作狀態時，其感應頭感應到金屬感應塊后便輸出一個高電平，通過X432 的B1 端給S3 軸電機一個準停信號，從而使S3 軸停在指定位置。

此外，因為用接近開關代替了磁性編碼器。機床的部分參數也必須進行一定調整，參數更改如下。

（1）齒輪比。在使用磁性編碼器時，編碼器與主軸通過齒輪盤直接相連（圖4），所以它的齒輪比的數值是1頤1 的關系。但是在使用接近開關之后，電機軸通過齒型帶連接在主軸轉盤（圖5），轉盤齒數發生了變化，齒輪比也因此做出如下改變。

圖3 接近開關與端子X432 的連線

圖4 改造前磁性編碼器與主軸的關系

Gear factor r=r1/r2

24202 r1:Load speed 1 保持不變

24212 r2:motor speed 由1 改為6（電機旋轉6 周，主軸旋轉1 周）

（2）零點偏置。接近開關只是在硬限位上確定了S3 軸的停止位置，當接近開關感應到感應塊后，就向驅動系統發出一個電機準停信號。要求準停信號的軟限位和接近開關的硬限位重合，從而達到S3 軸停在指定位置的目的，因此需要對S3 軸的零點標記位進行設定。

4592 Zero mark offset=某一個值（該值是一個變量，根據每一次的實際偏移量進行修改）

4 調試

S3 軸的準停功能主要是為換刀和車功能服務，因為只有在特定的位置，刀具的夾緊放松才能實現，同時才允許進行車削加工。因此，安裝金屬感應塊與接近開關的相對位置就顯得特別關鍵，如果出現偏差將會使刀盤不能完成抓刀動作，嚴重時還會導致授油嘴損壞。考慮到上述問題，經過了多次試驗和調試，最終決定將其安裝在如圖6 所示位置。

安裝結束后，經過多次實驗，每一次主軸都能停止在要求的位置，滿足了改造要求。

圖6 接近開關及感應塊安裝位置

5 結束語

通過此次改造工作，在恢復了S3 軸定位功能的同時，進一步了解和認識了西門子840C 系統位置檢測的相關內容和原理，為今后類似的維修工作積累了經驗。