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在西門子840Dsl數(shù)控系統(tǒng)中實現(xiàn)進(jìn)給軸全環(huán)多級變速
2020-8-12  來源:中國一重集團(tuán)有限公司  作者: 樊 凱

      【摘要】介紹在數(shù)控機(jī)床改造中,采用西門子840Dsl數(shù)控系統(tǒng)如何實現(xiàn)進(jìn)給軸全閉環(huán)多級變速應(yīng)用。
  
       在國外老的進(jìn)口機(jī)床中進(jìn)給軸采用多級變速的比較常見,如科堡20-10FP225龍門銑床X軸(工作臺移動)進(jìn)給分2級變速,SKODA產(chǎn)D-SIU400型重型臥車及SKODA產(chǎn)SUT200型重型臥車X軸、Z軸進(jìn)給分2級變速。在這些數(shù)控機(jī)床應(yīng)用西門子840DSL數(shù)控系統(tǒng)升級改造中,全閉環(huán)進(jìn)給軸多級變速就成為我們研究的課題了。

  
       一、課題的重要性
  
       主軸變速功能在所有使用ISO代碼的數(shù)控系統(tǒng)中都規(guī)定了一些特定代碼和功能,比如西門子840D系列中,輔助應(yīng)答代碼M41-M45分別代表了主軸的I、II、III、IV、V檔,這些檔位的傳動比參數(shù)可以提前預(yù)設(shè)寫入,為31050和31060的(0-6)中,當(dāng)主軸變速完成后,對應(yīng)接口信號(DB31--DB3n).DBX16.3為1,同時(DB31--DB3n).DBX16.0、(DB31--DB3n).DB16.1、(DB31--DB3n).DBX16.2組合起來反饋當(dāng)前檔位信號,讀取對應(yīng)檔位的傳動比和對應(yīng)檔位的最大速度值,則所有參數(shù)都能匹配起來,檔位變換產(chǎn)生的輪廓偏差、定位誤差等都可分別調(diào)整,可以實現(xiàn)加工編程中的多級轉(zhuǎn)速變換。
  
       進(jìn)給軸多級變換功能則沒那么容易實現(xiàn),因為840D系統(tǒng)中沒有在參數(shù)設(shè)計中充分考慮進(jìn)給軸多級變速功能,對于進(jìn)給軸變速后的最大進(jìn)給速度、加速度、定位誤差、輪廓偏差、伺服增益系數(shù)、傳動比等都沒有設(shè)置對應(yīng)檔位的參數(shù)組,最最關(guān)鍵的問題是,西門子沒有相應(yīng)的接口信號通知NC系統(tǒng)該進(jìn)給軸當(dāng)前檔位,無法將實際檔位與機(jī)床參數(shù)有機(jī)結(jié)合起來,那么就會出現(xiàn)這種情況,就是進(jìn)給軸變速后,由于NC無法得知,但速度變化引發(fā)的輪廓偏差、定位誤差等會讓進(jìn)給軸頻繁報警,無法工作。當(dāng)然了,變速完成后,手動去輸入所有相關(guān)參數(shù)是可以的,但是,這種頻次高的改動即不安全可靠又費時費力,因此,不是長久之計。

       那么,進(jìn)給軸多級變速是否有必要保留呢?在現(xiàn)代新機(jī)床設(shè)計中,進(jìn)給軸多級速度很少看到,因為在新機(jī)床設(shè)計中,通過電機(jī)功率、轉(zhuǎn)速、傳動比、安裝空間匹配,可以滿足一臺機(jī)床的所有加工需求,不需要進(jìn)給軸有機(jī)械變速。但是,在一些進(jìn)口舊機(jī)床改造中,設(shè)計理念不夠先進(jìn)的情況下還是應(yīng)用了進(jìn)給軸變速。比如以我們改造的一臺SKODA產(chǎn)SUT200型重型臥車為例,原來通過I級變速增
大輸出轉(zhuǎn)矩、降低進(jìn)給速度,用于粗加工;通過II級變速提高進(jìn)給速度、降低輸出轉(zhuǎn)矩,用于精加工。做改造方案時,如果只保留一個檔位,由于電機(jī)安裝空間極其狹窄,可選擇的伺服電機(jī)不能滿足原有加工需求,要么進(jìn)給速度太低,要么輸出轉(zhuǎn)矩不夠,機(jī)床的改造就不能取得滿意的效果,所以,必須實現(xiàn)進(jìn)給軸的多級變速。
       
       在我們最近的數(shù)控機(jī)床改造過程中,接連發(fā)現(xiàn)了三例這種問題,于是,如何平滑穩(wěn)定實現(xiàn)進(jìn)給軸多級變速,而且使位置環(huán)不報警,這就成了一個重要的問題。經(jīng)過多次摸索,我們終于攻克了這個難題。
       
       二、解決方案
       
       以SUT200型數(shù)控臥車為例,刀臺X、Z分別都具有兩級變速,其中,X軸電機(jī)自帶編碼器,外置光柵尺,I級傳動比為1:18,II級傳動比為1:3;Z軸電機(jī)自帶編碼器,外置一個編碼器作位置環(huán),位置環(huán)編碼器自帶一個減速箱,I級傳動比為1:6,II級傳動比為1:2,位置環(huán)編碼器傳動箱傳動比為2:5。這兩種情況代表了兩種非常典型的全環(huán)方式,分別以這兩種情況描述進(jìn)給軸多級變速的實現(xiàn)。
  
       情況一:光柵尺作位置環(huán),以X軸為例
  
       實現(xiàn)步驟:
  
       (1)檢查傳動比。若機(jī)械能夠確切推算傳動比,則可省略此步。進(jìn)行此步的前提是,與傳動比相關(guān)的31050(負(fù)載齒輪箱分母)、31060(負(fù)載齒輪箱分子)、31064(附加齒輪箱分母)、31066(附加齒輪箱分子)這幾個參數(shù)必須設(shè)置為默認(rèn)值1, 31030(滾珠絲杠螺距)也按默認(rèn)值10設(shè)置,反向間隙補償32450清掉,且X軸應(yīng)激活的是不帶光柵尺的第一測量系統(tǒng)(DB31.DBX1.5=1)。前置條件滿足后,X軸切換到I級,在X軸終端壓上一塊百分表,向一個方向開1mm,此時可消除反向間隙,然后百分表清零,再向前開1mm,觀察實際百分表的計數(shù),比如實際百分表動0.2mm,則傳動比為1:0.2=5:1,將此傳動比寫入31064、31066,然后再壓百分表,看是否準(zhǔn)確,如果有微量誤差,將傳動比細(xì)分為500:101、5000:999等進(jìn)行嘗試,直到誤差進(jìn)一步減小到可忽略不計。如果追求更加精確的數(shù)顯精度,可以通過激光干涉儀進(jìn)行螺距誤差補償(LEC)。記錄下I級的傳動比,然后切換到II級,將31064、31066清掉,重新進(jìn)行上述步驟,得到II級的傳動比。這里需要特別說明的是,為什么傳動比寫入31064、31066,而不寫入31050、31060?因為31064、31066的生效方式是CF(NEW  CONFIG),不需停電重啟,而31050、31060的生效方式是PO(POWER  ON),需要停電重啟。
  
       (2)建立定義文件。得到I、II級的傳動比后,開始寫定義文件。在840Dsl的“調(diào)試”菜單里找到“系統(tǒng)數(shù)據(jù)”菜單,再找到“定義”文件夾。在該文件夾內(nèi)新建一個定義文件,默認(rèn)客戶自定義文件名為MMAC.DEF,可任意定義文件名,打開該文件,在該文件內(nèi)寫入如下內(nèi)容:DEF M51 AS MLX1;書寫M51調(diào)用MLX1.SPF子程序。
  
       DEF M52 AS MLX2 ;書寫M52調(diào)用MLX2.SPF子程序。
       
       然后保存退出,則系統(tǒng)開始自動編譯該定義文件,如果文件內(nèi)容書寫無錯誤,則編譯可順利通過,若編譯不通過,請檢查書寫。這里,MLX1.SPF為X軸I級變速子程序,MLX2.SPF為X軸II級變速子程序。
  
  
       (3)建立變速子程序。定義文件建立后,可以在“制造商循環(huán)”文件夾內(nèi)建立MLX1、MLX2變速啟動子程序。該子程序的作用有兩個,一個是驅(qū)動PLC程序進(jìn)行變速執(zhí)行元件的動作,比如離合器、電磁閥等;一個是寫變速相關(guān)參數(shù),包括傳動比、伺服增益系數(shù)、最大進(jìn)給速度等。子程序以MLX1.SPF為例,書寫子程序如下:
 
  
  
       (5)全環(huán)試車。上述步驟完成后,則可以進(jìn)行半環(huán)試車,可以看到,當(dāng)在MDA方式下執(zhí)行M51時,則31064、31066、32200、32000等自動按照MLX1.SPF(I檔)內(nèi)設(shè)置而更改;執(zhí)行M52時,上述參數(shù)按照MLX2.SPF(II檔)內(nèi)設(shè)置而更改。在I檔、II檔速度下,明顯可以看到同樣的電機(jī)速度,驅(qū)動X軸的速度已經(jīng)按傳動比切換過來。此時,可以激活帶光柵尺的第二測量系統(tǒng)(DB31.DBX1.6=1)。按照常規(guī)設(shè)置,將31000(是否光柵尺)、31040(位置環(huán)檢測是否直接安裝到機(jī)床上而沒有中間變速)均設(shè)置為1,全環(huán)設(shè)置完成。注意,若31040為0,則NCU會檢測31050、31060的數(shù)值,當(dāng)掛光柵尺時,會出現(xiàn)輪廓監(jiān)控報警、不受控制等現(xiàn)象。由于光柵尺直連,31070(編碼器齒輪箱分母)、31080(編碼器齒輪箱分子)默認(rèn)為1即可。

       情況二:編碼器外帶減速箱做位置環(huán),以Z軸為例。
 
       實現(xiàn)步驟與上面完全一樣,但設(shè)置參數(shù)有略微差別。31000、31040必須設(shè)置為0,同時,31044(編碼器是否有中間變速)必須設(shè)置為1。由于編碼器中間有傳動比,那么31070、31080必須設(shè)置。
  
       三、 結(jié)語
  
       經(jīng)過以上設(shè)計,完全實現(xiàn)了在840DSL下用M代碼或面板自定義鍵實現(xiàn)進(jìn)給軸的多級變速切換,保障了機(jī)床原設(shè)計功能,增強(qiáng)了機(jī)床的可操做性,滿足了機(jī)床各種加工生產(chǎn)需求,這種應(yīng)用值得其他同行借鑒及推廣。
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