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       摘要: 大型數(shù)控旋風(fēng)銑床一般加工工件較長(zhǎng)，使用頭架頂尖和尾架頂尖裝夾工件后工件會(huì)中間下垂。為了提高加工精度，減小工件下垂，需要幾個(gè)中心架給工件提供支撐。在銑削工件的過(guò)程中，根據(jù)銑削拖板在不同的位置，需要中心架向上移動(dòng)支撐工件，向下移動(dòng)讓過(guò)拖板。西門子840D SL 數(shù)控系統(tǒng)多通道功能可以很好地解決銑削的拖板和中心架同時(shí)移動(dòng)控制的需求。以數(shù)控旋風(fēng)銑床中的具體應(yīng)用為例，詳細(xì)介紹了西門子系統(tǒng)多通道功能的設(shè)置，以及工件多點(diǎn)支撐控制的設(shè)計(jì)和調(diào)試方法。

  
       近年來(lái)國(guó)內(nèi)大規(guī)格滾珠絲杠需求正迅速增長(zhǎng)，普通的磨削技術(shù)已不能滿足高效綠色加工。螺紋旋風(fēng)硬銑削技術(shù)可以對(duì)硬度62HＲC 的滾珠絲杠和螺母進(jìn)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(lái)的新工藝、新方法［1 － 4］。螺紋的旋風(fēng)銑削是由安裝在刀盤上的多把刀具，借助于刀盤繞工件高速旋轉(zhuǎn)和工件同向慢速轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)完成工件加工的高速銑削方法。旋風(fēng)銑削切削力小，工件變形小，加工后的零件具有較高的精度和表面粗糙度。加工后的切屑帶走絕大部分熱量，工件溫升低，熱變形小，可以不用切削液實(shí)現(xiàn)干切削，使這一新工藝邁入高速綠色制造領(lǐng)域［5 － 6］。

      針對(duì)長(zhǎng)規(guī)格滾珠絲杠裝夾時(shí)工件中間下垂會(huì)影響工件加工精度的問(wèn)題，需要使用多個(gè)中心架給工件提供支撐。在銑削工件的過(guò)程中，拖板移動(dòng)接近中心架的位置時(shí)，需要中心架向下移動(dòng)，拖板才能通過(guò)。拖板移動(dòng)過(guò)了中心架的位置后，需要中心架向上移動(dòng)支撐工件。西門子840D SL 系統(tǒng)多通道功能可以很好地解決銑削時(shí)拖板和中心架同時(shí)移動(dòng)控制的需求［7 － 8］。

      1 、數(shù)控旋風(fēng)銑床基本結(jié)構(gòu)及工作原理

      HJ092 ×80 為筆者公司生產(chǎn)的8 m 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(jìn)行二次開發(fā)。系統(tǒng)控制10個(gè)數(shù)控軸，軸基本位置及工作原理示意圖如圖1 所示。X 為銑頭橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng); Z 為銑頭縱向運(yùn)動(dòng); C 為頭架主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng); U1 為左跟刀架松開夾緊運(yùn)動(dòng); U2為右跟刀架松開夾緊運(yùn)動(dòng); V1、V2、V3、V4 分別為4 個(gè)中心架垂直升降運(yùn)動(dòng); SP 為銑頭主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。機(jī)床的螺紋銑削運(yùn)動(dòng)是由頭架主軸旋轉(zhuǎn)和旋風(fēng)銑頭拖板的縱向移動(dòng)聯(lián)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在銑削過(guò)程中，C 軸轉(zhuǎn)360°，Z軸走一個(gè)螺距，切削過(guò)程中必須保證嚴(yán)格的聯(lián)動(dòng)關(guān)系。旋風(fēng)銑頭拖板縱向運(yùn)動(dòng)配置高精度光柵尺，頭架主軸旋轉(zhuǎn)配置高精度角度編碼器，實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)位置反饋，用來(lái)進(jìn)一步提高工件的銑削加工精度。

      4 個(gè)中心架通過(guò)上、下移動(dòng)V 型支撐塊實(shí)現(xiàn)托起、釋放工件的動(dòng)作。在工件銑削過(guò)程中，在Z、C 聯(lián)動(dòng)的同時(shí)，根據(jù)拖板在不同的位置，需要中心架向上移動(dòng)支撐工件，向下移動(dòng)讓過(guò)拖板。故需要系統(tǒng)設(shè)置兩個(gè)通道，分別控制工件銑削、工件支撐運(yùn)動(dòng)。拖板的移動(dòng)由通道1 中的程序控制，拖板的移動(dòng)與工件的旋轉(zhuǎn)插補(bǔ)，形成螺旋運(yùn)動(dòng)。中心架的移動(dòng)由通道2 的程序控制，4個(gè)中心架由安裝在機(jī)床床身上的感應(yīng)開關(guān)發(fā)出信號(hào)，由PLC 程序選擇分別調(diào)用與4 個(gè)中心架對(duì)應(yīng)的向上托起或向下釋放程序。

       2 、機(jī)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(jī)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(jī)床設(shè)為雙通道，目的是可以同時(shí)運(yùn)行銑削程序和工件支撐程序。具體系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置如下:
 
( 1) 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(jī)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(xiàng)數(shù)據(jù)，訂貨時(shí)選此功能才能激活)
( 2) 通道CH1 參數(shù)設(shè)定
20050 AXCONF_GEOAX_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(hào))
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 AXCONF_GEOAX_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(hào))
20080 AXCONF_CHANAX_NAME_TAB［0; 1; 2; 3;
4; 5］: U1; U2; V1; V2; V3; V4 ( 通道軸名稱)

 
      3 、工件多點(diǎn)支撐控制方法
 

      3． 1 控制描述
  

      如圖1，由感應(yīng)開關(guān)SQ29、SQ30、SQ31 控制中心架2 托起、釋放工件的動(dòng)作。拖板由通道1 程序控制從頭架向尾架移動(dòng)時(shí)，撞塊先感應(yīng)開關(guān)SQ29，由PLC選擇控制通道2 程序“LV2_DOWN”啟動(dòng)，中心架2 向下移動(dòng)到最低點(diǎn)。當(dāng)撞塊感應(yīng)開關(guān)SQ30 時(shí)，系統(tǒng)檢查中心架2 是否到最低位置。如果到達(dá)最低位置，拖板正常移動(dòng); 如果沒有到達(dá)最低位置，系統(tǒng)報(bào)警并停止拖板移動(dòng)，保證安全。拖板繼續(xù)移動(dòng)，當(dāng)撞塊全部脫離開關(guān)SQ29、SQ30、SQ31 時(shí)，拖板已經(jīng)移過(guò)了中心架2。

      由PLC 選擇控制通道2 程序“LV2_UP”啟動(dòng)，中心架2 向上移動(dòng)到支撐工件的位置。同理，當(dāng)拖板從尾架向頭架移動(dòng)時(shí)，撞塊先感應(yīng)開關(guān)SQ31，由PLC 選擇控制通道2 程序“LV2_DOWN”啟動(dòng)，中心架2 向下移動(dòng)到最低點(diǎn)。當(dāng)撞塊感應(yīng)開關(guān)SQ30 時(shí)，系統(tǒng)檢查中心架2 是否到最低位置。當(dāng)撞塊全部脫離開關(guān)SQ29、SQ30、SQ31 時(shí)，拖板已經(jīng)移過(guò)了中心架2。由PLC 選擇控制通道2 程序“LV2_UP”啟動(dòng)，中心架2 向上移動(dòng)到支撐工件的位置。

      與中心架2 相似，由感應(yīng)開關(guān)SQ26、SQ27、SQ28控制中心架1 托起、釋放工件的動(dòng)作; 感應(yīng)開關(guān)SQ32、SQ33、SQ34 控制中心架3 托起、釋放工件的動(dòng)作。感應(yīng)開關(guān)SQ35、SQ36、SQ37 控制中心架4 托起、釋放工件的動(dòng)作。
 
 
      3． 2 部分PLC 程序

Network 1:
A DB11． DBX 6． 0
AN DB22． DBX 35． 0
A " － LZ_V2_DOWN"
A " + LZ_V2_DOWN"
A DB21． DBX 35． 0
A " V2_ＲEF"
S " V2_UP_S1"
Network 2:
O " ＲESET"
O " V2_UP_S2"
O " V2_UP_S3"
Ｒ " V2_UP_S1"
Network 3:
A(
A " V2_UP_S1"
= L 0． 0
BLD 103
A " ALL ON"
JNB _001
CALL " PI_SEＲV" ，" V2_UP_DATA"
Ｒeq : = L0． 0
PIService: = " PI" ． SELECT
Unit : = 2
Addr1 : = DB130． DBX612． 0
Addr2 : = DB130． DBX646． 0
Error : = " V2_UP_S2"
Done : = " V2_UP_S3"
State : = " V2_UP_S"
_001: A BＲ
)
A " V2_UP_S3"
S " C2_PＲOGＲAM"
S " V2_UP_S4"
Network 4:
A DB11． DBX 6． 0
AN DB22． DBX 35． 0
AN " V2_N"
AN " C2_PＲOGＲAM"
A(
ON " － LZ_V2_DOWN"
ON " + LZ_V2_DOWN"
)
AN " V2_ＲEF"
A DB21． DBX 35． 0
S " V2_DOWN_S1"
Network 5:
O " ＲESET"
O " V2_DOWN_S2"
O " V2_DOWN_S3"
Ｒ " V2_DOWN_S1"
Network 6:
A(
A " V2_DOWN_S1"
= L 0． 0
BLD 103
A " ALL ON"
JNB _002
CALL " PI_SEＲV" ，" V2_DOWN_DATA"
Ｒeq : = L0． 0
PIService: = " PI" ． SELECT
Unit : = 2
Addr1 : = DB130． DBX680． 0
Addr2 : = DB130． DBX714． 0
Error : = " V2_DOWN_S2"
Done : = " V2_DOWN_S3"
State : = " V2_DOWN_S"
_002: A BＲ
)
A " V2_DOWN_S3"
S " C2_PＲOGＲAM"
S " V2_DOWN_S4"

      3． 3 中心架支撐時(shí)的坐標(biāo)調(diào)整

      通過(guò)調(diào)整工件外圓直徑，來(lái)自動(dòng)計(jì)算中心架支撐時(shí)的坐標(biāo)。中心架參數(shù)OEM 界面如圖2 所示。

      3． 4 中心架2 向下移動(dòng)程序“LV2_DOWN”

G91 G53 G01 V2 = 1 F1000
G00 G90 V2 = 0
M30

      3． 5 中心架2 向上移動(dòng)程序“LV2_UP”

G90 G53 G00 V2 = Ｒ5 + 2
G01 V2 = Ｒ5 F500
M30

      其中Ｒ5 為中心架2 支撐時(shí)V2 的坐標(biāo)，根據(jù)工件外圓直徑自動(dòng)計(jì)算。

      4、 結(jié)語(yǔ)

      本控制方法利用西門子840D SL 系統(tǒng)功能，滿足了HJ092 × 80 數(shù)控旋風(fēng)銑床加工要求。系統(tǒng)雙通道的采用，實(shí)現(xiàn)了工件銑削和工件支撐同時(shí)進(jìn)行，滿足了拖板在不同的位置，中心架需要向上移動(dòng)支撐工件和向下移動(dòng)讓過(guò)拖板的要求。該控制方法的采用，提高了銑床加工的尺寸精度和螺距精度，解決了旋風(fēng)銑床的關(guān)鍵性問(wèn)題。HJ092 × 80 數(shù)控旋風(fēng)銑床經(jīng)過(guò)幾年的運(yùn)行，本文所述功能均安全可靠，滿足了該機(jī)床的設(shè)計(jì)要求。數(shù)控旋風(fēng)銑床總體使用效果良好。