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數(shù)控機(jī)床

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基于 SINUMERIK 828D BASIC 數(shù)控系統(tǒng)的 三軸五面銑床立臥刀庫(kù)換刀的用戶界面開(kāi)發(fā)
2024-7-15  來(lái)源：-  作者：呂高健 周瑞 等


    摘要：SINUMERIK 828D BASIC 系統(tǒng)是緊湊型數(shù)控系統(tǒng)，能夠較為靈活地解決大型復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu)類問(wèn)題，充分發(fā)揮應(yīng)用工程師的開(kāi)發(fā)創(chuàng)造力。用戶界面開(kāi)發(fā)工具在使用過(guò)程中可以減少按鍵，實(shí)現(xiàn)組合檢測(cè)，使開(kāi)發(fā)更加直觀和簡(jiǎn)便。
  
    關(guān)鍵詞：SINUMERIK 828D BASIC；用戶界面開(kāi)發(fā)；PLC 與 NC 數(shù)據(jù)交換；三軸五面銑
  
    我國(guó)工業(yè)技術(shù)水平不斷提高，對(duì)國(guó)產(chǎn)精密制造設(shè)備提出了更高的要求。龍門數(shù)控加工中心 GMC360u 為吉林某客車企業(yè)委托山東威達(dá)重工股份有限公司制造的一款龍門式三軸五面銑機(jī)床。它的最大特點(diǎn)是配置了 1 個(gè)自動(dòng)交換附件臥銑頭和 1 個(gè)立臥轉(zhuǎn)換刀庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了立主軸和臥主軸間的自動(dòng)換刀，可滿足客戶對(duì)大型工件一次裝夾五面銑削的要求。該銑床選擇 SINUMERIK 828D BASIC，其中系統(tǒng)使用 SINUMERIK 828D BASIC PPU241.3，顯示器為 10.4，操作面板選用 MCP 483PN，驅(qū)動(dòng)器選擇 SINAMICS S120，電機(jī)選擇 1FT7 系列。

    1、項(xiàng)目方案
  
    數(shù)控龍門式五面銑床機(jī)床一直是世界上大型精密工件組加工的利器，具有耐重切削和加工效率高的特點(diǎn)。機(jī)床配置了 B5001-032VH0B 立臥轉(zhuǎn)換刀庫(kù)后，工件只要一次裝夾設(shè)定就可以完成五面的自動(dòng)加工。機(jī)床右側(cè)裝配刀庫(kù)換刀機(jī)構(gòu)，配有獨(dú)立液壓系統(tǒng)；機(jī)床左側(cè)是臥式頭庫(kù)工作倉(cāng)，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)床立式臥式加工模式的自動(dòng)切換。B5001-032VH0B 立臥轉(zhuǎn)換刀庫(kù)由刀庫(kù)本體、換刀機(jī)構(gòu)以及換刀臂機(jī)構(gòu)組成。刀庫(kù)存儲(chǔ)刀數(shù) 32 把，最大刀徑 Ф250mm，最大刀具重量 25kg。數(shù)控龍門式五面銑床機(jī)床如圖 1 所示。

 
1. 大臂搖擺油缸；2. 機(jī)械手水平滑動(dòng)油缸；3. 機(jī)械手立臥翻轉(zhuǎn)油缸；4. 機(jī)械手伸縮油缸
   
圖 1　數(shù)控龍門式五面銑床機(jī)床
  
    1.1B5001-032VH0B 立臥轉(zhuǎn)換刀庫(kù)立式換刀流程設(shè)計(jì)
  
    NC 系統(tǒng)給出命令 M06  T**，PLC 判斷如果立式臥式主軸變量 =01 為立式換刀過(guò)程：刀庫(kù)分度運(yùn)刀至選要刀號(hào)T** →發(fā)出刀臂平移夾刀指令對(duì)應(yīng)液壓閥工作→檢測(cè)刀臂平移夾刀到位信號(hào)=1，發(fā)出刀臂拔刀指令對(duì)應(yīng)液壓閥工作→檢測(cè)刀臂拔刀到位信號(hào) =1，發(fā)出刀臂平移指令對(duì)應(yīng)液壓閥工作→檢測(cè)刀臂平移到位信號(hào) =1，發(fā)出刀臂縮回指令對(duì)應(yīng)液壓閥工作→檢測(cè)刀臂縮回到位信號(hào) =1，刀庫(kù)分度運(yùn)刀→換刀機(jī)構(gòu)挪至主軸側(cè)與平移縮回同步→檢測(cè)換刀機(jī)構(gòu)挪至主軸側(cè)信號(hào) =1，發(fā)出換刀機(jī)構(gòu)立臥旋轉(zhuǎn)至立式指令對(duì)應(yīng)液壓閥工作→機(jī)床運(yùn)行主軸到達(dá)待機(jī)位置→機(jī)床主軸定向→檢測(cè)主軸定向完成刀臂平移夾刀→機(jī)床主軸松刀→檢測(cè)主軸松刀到位信號(hào) =1，發(fā)出刀臂向下拔刀指令對(duì)應(yīng)液壓閥工作→檢測(cè)刀臂向下拔刀到位信號(hào) =1 刀臂旋轉(zhuǎn) 180°換刀→判斷刀臂旋轉(zhuǎn)完成，發(fā)出刀臂向上插刀指令對(duì)應(yīng)液壓閥工作→檢測(cè)刀臂向上插刀到位信號(hào) =1，發(fā)出機(jī)床主軸夾刀指令→檢測(cè)機(jī)床主軸夾刀信號(hào) =1，發(fā)出刀臂平移指令對(duì)應(yīng)液壓閥工作→檢測(cè)刀臂平移到位信號(hào)=1，（立式換刀完成）發(fā)出換刀機(jī)構(gòu)立臥旋轉(zhuǎn)指令對(duì)應(yīng)液壓閥工作→檢測(cè)換刀機(jī)構(gòu)立臥旋轉(zhuǎn)信號(hào)到位，發(fā)出換刀機(jī)構(gòu)挪至刀庫(kù)側(cè)與平移伸出同步指令→檢測(cè)換刀機(jī)構(gòu)挪至刀庫(kù)側(cè)到位信號(hào) =1，發(fā)出拔刀伸出指令對(duì)應(yīng)液壓閥工作→檢測(cè)拔刀伸出信號(hào) =1，發(fā)出刀臂平移指令對(duì)應(yīng)液壓閥工作→檢測(cè)刀臂平移信號(hào) =1，發(fā)出插刀指令對(duì)應(yīng)液壓閥工作→檢測(cè)插刀到位信號(hào) =1，發(fā)出刀臂平移指令→檢測(cè)刀臂平移到位，復(fù)原。
  
    1.2B5001-032VH0B 立臥轉(zhuǎn)換刀庫(kù)臥式換刀流程設(shè)計(jì)
  
    NC 系統(tǒng)給出命令 M06  T**，PLC 判斷如果立式臥式主軸變量 =10 為臥式換刀過(guò)程：刀庫(kù)分度運(yùn)刀至選要刀號(hào)T** →發(fā)出刀臂平移夾刀指令對(duì)應(yīng)液壓閥工作→檢測(cè)刀臂平移夾刀到位信號(hào)=1，發(fā)出刀臂拔刀指令對(duì)應(yīng)液壓閥工作→檢測(cè)刀臂拔刀到位信號(hào) =1，發(fā)出刀臂平移指令對(duì)應(yīng)液壓閥工作→檢測(cè)刀臂平移到位信號(hào) =1，發(fā)出刀臂縮回指令對(duì)應(yīng)液壓閥工作→檢測(cè)刀臂縮回到位信號(hào) =1，刀庫(kù)分度運(yùn)刀→換刀機(jī)構(gòu)挪至主軸側(cè)與平移縮回同步→檢測(cè)換刀機(jī)構(gòu)挪至主軸側(cè)信號(hào) =1，機(jī)床運(yùn)行主軸到達(dá)待機(jī)位置→機(jī)床主軸定向 - 檢測(cè)主軸定向完成刀臂平移夾刀→機(jī)床主軸松刀→檢測(cè)主軸松刀到位信號(hào) =1，發(fā)出刀臂向下拔刀指令對(duì)應(yīng)液壓閥工作→檢測(cè)刀臂向下拔刀到位信號(hào) =1 刀臂旋轉(zhuǎn) 180°換刀→判斷刀臂旋轉(zhuǎn)完成，發(fā)出刀臂向上插刀指令對(duì)應(yīng)液壓閥工作→檢測(cè)刀臂向上插刀到位信號(hào) =1，發(fā)出機(jī)床主軸夾刀指令→檢測(cè)機(jī)床主軸夾刀信號(hào) =1 發(fā)出刀臂平移指令對(duì)應(yīng)液壓閥工作→檢測(cè)刀臂平移到位信號(hào)=1，（臥式換刀完成）發(fā)出換刀機(jī)構(gòu)挪至刀庫(kù)側(cè)與平移伸出同步指令→檢測(cè)換刀機(jī)構(gòu)挪至刀庫(kù)側(cè)到位信號(hào) =1，發(fā)出拔刀伸出指令對(duì)應(yīng)液壓閥工作→檢測(cè)拔刀伸出信號(hào) =1，發(fā)出刀臂平移指令對(duì)應(yīng)液壓閥工作→檢測(cè)刀臂平移信號(hào) =1，發(fā)出插刀指令對(duì)應(yīng)液壓閥工作→檢測(cè)插刀到位信號(hào) =1 發(fā)出刀臂平移指令→檢測(cè)刀臂平移到位，復(fù)原。

     1.3電氣控制開(kāi)發(fā)
  
     該機(jī)床立臥轉(zhuǎn)換刀庫(kù)電控信號(hào)交叉復(fù)雜，安全條件要求高，調(diào)試工作繁重。SINUMERIK 828D BASIC 是該機(jī)床的經(jīng)濟(jì)選擇方案。二次界面開(kāi)發(fā)有利于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)輔助功能開(kāi)發(fā)，節(jié)省資源且穩(wěn)定可靠[2]。該機(jī)床刀庫(kù)中間位置復(fù)雜（其中，輸入信號(hào) 18 個(gè)，分別檢測(cè) 18 個(gè)工位；輸出信號(hào) 16 個(gè)，分別執(zhí)行 16 個(gè)液壓動(dòng)作），如果用傳統(tǒng)調(diào)試控制方式，需要多個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)。現(xiàn)在利用 SINUMERIK 828D 用戶界面開(kāi)發(fā)功能可以實(shí)現(xiàn)軟件控制，簡(jiǎn)單方便操作。圖 2 和圖 3 兩個(gè)界面功能能夠?qū)崿F(xiàn)刀庫(kù)的各工位功能。圖 3 是圖 2 刀庫(kù)調(diào)整的子功能界面。圖 3 中，該界面分為 7個(gè)豎排指令（ATC 翻轉(zhuǎn)伸出、ATC 翻轉(zhuǎn)縮回、ATC 換刀伸出、ATC 換刀縮回、刀庫(kù)零點(diǎn)、刀庫(kù)正轉(zhuǎn)以及刀庫(kù)反轉(zhuǎn)）、1個(gè)退出指令和 7 個(gè)橫排指令（ATC 平移主軸、ATC 平移刀庫(kù)、ATC 拔刀伸出、ATC 拔刀縮回、ATC 搖擺伸出、ATC 搖擺縮回以及刀庫(kù)門）。主界面為刀庫(kù)狀態(tài)監(jiān)視畫(huà)面，包括刀庫(kù)手動(dòng)旋轉(zhuǎn)條件監(jiān)視（刀庫(kù)使能，機(jī)床在手動(dòng)方式，刀庫(kù)正轉(zhuǎn)，刀庫(kù)反轉(zhuǎn)，刀庫(kù)已回零）、刀庫(kù)備刀旋轉(zhuǎn)條件監(jiān)視（平移到主軸位，搖擺油缸伸出，翻轉(zhuǎn)油缸退回，拔刀油缸退回）以及軟件監(jiān)控指示燈。SINUMERIK 828D 的界面開(kāi)發(fā)不僅模擬了執(zhí)行按鍵，還可以把執(zhí)行結(jié)果實(shí)時(shí)顯示到主畫(huà)面上，方便調(diào)試、檢查及系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。
  

圖 2　刀庫(kù)調(diào)整主界面

 
   
圖 3　刀庫(kù)調(diào)整子界面

    為實(shí)現(xiàn)上述功能，兩個(gè)畫(huà)面內(nèi)容和功能的實(shí)現(xiàn) ***.com文件為[3]：
  
     
  
    經(jīng)過(guò)調(diào)試，該機(jī)床的界面功能實(shí)現(xiàn)了對(duì)B5001-032VH0B立臥轉(zhuǎn)換刀庫(kù)全流程單步動(dòng)作控制，滿足了客戶對(duì)機(jī)床的調(diào)試使用要求。
  
    2、結(jié)語(yǔ)
  
    系統(tǒng)二次開(kāi)發(fā)是介于系統(tǒng)廠商和客戶之間的增值服務(wù)，是機(jī)床制造廠商的核心技術(shù)，是競(jìng)爭(zhēng)力的綜合體現(xiàn)。在大型龍門和臥式加工中心中使用二次開(kāi)發(fā)，能夠節(jié)約成本。該機(jī)床已于 2017 年 12 月交付用戶使用，目前機(jī)床運(yùn)行穩(wěn)定，得到了用戶的認(rèn)可。
 
    作者：呂高健1　李琦1　孔令濤1　孔德斌1　王磊1　周瑞2,3
    來(lái)源：1. 山東威達(dá)重工股份有限公司2. 齊魯工業(yè)大學(xué)（山東省科學(xué)院） 3. 山東省機(jī)械設(shè)計(jì)研究院
 
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