840D系統(tǒng)在數(shù)控雙面臥式銑鏜床上的應(yīng)用

林穎嬪

（蕪湖日升重型機床有限公司，安徽蕪湖 241000）

1 項目簡介

1．1 項目背景

2008年我公司承接了沈陽北方重工的兩臺數(shù)控雙面臥式銑鏜床。此機床為對稱結(jié)構(gòu):左右各一臺數(shù)控銑鏜床，中間為數(shù)控工作臺，兩邊可分別編程加工。該機床廣泛應(yīng)用于能源、交通、礦山和石化等行業(yè)，配置要求較高，設(shè)計部門相當重視此項目。因此，我們在數(shù)控系統(tǒng)的選擇上較為慎重。為滿足本機床的雙通道、雙工作組的控制方式，比較了多家品牌后，最終選擇了西門子的高端數(shù)控方案:由SINUMERIK 840D、SIMODRIVE 611D數(shù)字驅(qū)動系統(tǒng)和SIMATIC S7可編程控制器構(gòu)成全數(shù)字控制系統(tǒng)。

1．2 項目工藝介紹

本機床根據(jù)技術(shù)協(xié)議要求，被命名為TK6813×2。相當于左右各一臺TK6813，即鏜桿直徑為130 mm的數(shù)控臥式銑鏜床，中間有一臺數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺。右邊的部分定義為主機部分，設(shè)為第一通道第一工作組;左邊的部分為輔機部分，設(shè)為第二通道第二工作組:各有3 個進給軸（W1、Y1、Z1/W2、Y2、Z2）和一個主軸（SP1/SP2），主軸選用ANA模塊連接變頻器控制的模擬主軸。數(shù)控系統(tǒng)安裝在主機的操作臺上，可控制機床所有的動作。在輔機的操作臺上安裝有輔機的手動操作站，方便操作人員對刀使用。中間的回轉(zhuǎn)工作臺有直線和旋轉(zhuǎn)2個軸，默認為第一通道使用，第二通道可由程序指令調(diào)用。主機和輔機可相對獨立編程也可互相配合加工，這樣的結(jié)構(gòu)滿足寬度或孔距＞2 000 mm的大型工件的加工要求，既節(jié)省了加工時間，也節(jié)省了人力;再與立銑頭或平旋盤等附件配合使用，更能擴大加工工藝范圍。

表1

1．3 機床參數(shù)和系統(tǒng)配置

機床主要技術(shù)參數(shù)見表1，數(shù)控系統(tǒng)配置見表2。

表2

2 TK6813×2的系統(tǒng)構(gòu)成和軟件實現(xiàn)的功能

2．1 TK6813×2的系統(tǒng)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)（圖1）

2．2 參數(shù)設(shè)定

針對本機床雙通道雙工作組的結(jié)構(gòu)調(diào)試，對系統(tǒng)的參數(shù)做了如下設(shè)置:

（1）通用參數(shù)設(shè)定

（2）通道參數(shù)設(shè)定

（3）主軸選擇

由于客戶對主軸沒有定位的要求，在權(quán)衡性價比后，我們選擇了變頻器驅(qū)動的模擬主軸，并選擇用Analog axis模塊，可以帶2個模擬主軸。變頻器則是選用三菱FR－A700系列變頻器。為滿足2～700 r/min的轉(zhuǎn)速，主軸采用了機械齒輪兩檔變速，第一檔為2～120 r/min，第二檔為120 ～700 r/min。

（4）PLC程序

除了調(diào)用系統(tǒng)標準的程序塊和數(shù)據(jù)塊外，在主程序中對雙通道分別做了設(shè)置和處理。還針對本機床的需要編寫了如下程序塊:FC40為軸使能，限位，夾緊放松;FC41為液壓泵站控制;FC42為主按鈕站控制;FC43為主軸拉刀、松刀控制，平旋盤、角銑頭信號處理;FC44為主軸點動控制;FC45為主機手持單元;FC46為輔機手持單元，輔機面板;FC48為潤滑控制;FC47:報警信號處理;FC50為急停，按時序上電，抱閘打開;FC60為主軸換向控制;FC61為主機主軸換檔控制;FC62為輔機主軸換檔控制。

（5）軸優(yōu)化

由于機械結(jié)構(gòu)不同、潤滑效果差異等現(xiàn)場因素，每個軸所帶的負載都會不一樣，系統(tǒng)可以對每個軸進行優(yōu)化，優(yōu)化后對驅(qū)動參數(shù)做出相應(yīng)的調(diào)整使電動機的特性為最佳狀態(tài)。西門子840D系統(tǒng)的優(yōu)化可以直接在系統(tǒng)上操作，無需連接計算機調(diào)整，這也是840D系統(tǒng)的一大優(yōu)點。

3 難點分析

對于機床設(shè)備來說，加工精度是最為重要的檢收指標。由于機床絲杠在制造、安裝和調(diào)整等方面的因素，以及磨損等原因，造成機械傳動上的誤差，為提高機床的加工精度，西門子840D數(shù)控系統(tǒng)提供了多種補償功能，供機床精度調(diào)整時選用。我公司此臺雙面落地式銑鏜床主要用到了840D系統(tǒng)的反向間隙補償、螺距誤差補償和垂度補償。

（1）反向間隙補償 反向間隙主要是由機械傳動部分之間的裝配間隙引起、在機床軸運行方向發(fā)生改變時出現(xiàn)的誤差，此項補償只需在軸參數(shù)中修改即可。為了測量的精確，可利用激光干涉儀測反向間隙。由于此機床的8個軸中有6個軸帶第二測量系統(tǒng)，因此我們在修改參數(shù)時對于有第二測量系統(tǒng)的軸修改軸參數(shù)32450［1］，而沒有第二測量系統(tǒng)的軸則將反向間隙值寫入32450［0］。

（2）螺距誤差補償 用于補償絲桿的螺距誤差或是第二測量系統(tǒng)的誤差。此項補償也可用激光干涉儀測得。但西門子840D數(shù)控系統(tǒng)的螺距誤差補償數(shù)據(jù)不是用機床數(shù)據(jù)描述，而是以參數(shù)變量通過零件程序形式或通用啟動文件（_INI文件）形式來表達，需先將補償點數(shù)寫入?yún)?shù)38000［0］或38000［1］，再備份所有數(shù)據(jù)，并將備份完的數(shù)據(jù)回裝后生成補償表。補償表以第一軸（W1）為例，描述如下:

（3）垂度補償 由于鏜銑頭的重量或鏜桿自身的重量，造成相關(guān)軸的位置相對于移動部件產(chǎn)生傾斜，即一個軸（基準軸）由于自身的重量造成下垂，相對于另一個軸（補償軸）的絕對位置產(chǎn)生了變化。

本臺機床的主機和輔機部分的鏜桿伸出時并沒有明顯的下垂，因此并沒有做垂度補償，而是把垂度補償作為雙向的測量系統(tǒng)誤差補償來提高工作臺回轉(zhuǎn)軸的精度。

（4）雙向補償 由于工作臺旋轉(zhuǎn)時機械傳動上的誤差在正反方向上不一致，使激光干涉儀測量出來的正向與反向誤差不穩(wěn)定且相差較大;根據(jù)840D資料的描述，機床的一個軸，在同一補償表中，既可以定義為基準軸，又可以定義為補償軸。當基準軸和補償軸同為一個軸時，可以利用下垂補償功能對該軸進行螺距誤差或測量系統(tǒng)誤差補償。從補償變量參數(shù)$AN_CEC_DIRECTION［t］的描述中可以看出，由于下垂補償功能補償值具有方向性，所以下垂補償功能在用于螺距誤差或測量系統(tǒng)誤差時，可以理解為在坐標軸兩個方向上可以分別給予補償。一個表應(yīng)用于補償軸的運行正方向，另一個表應(yīng)用于補償同一軸的運行負方向。以下是工作臺旋轉(zhuǎn)軸的補償表:

正向補償文件:

負向補償文件:

4 項目運行、應(yīng)用體會

這2臺機床于2009年底先后調(diào)試結(jié)束并分別在北方重工的2個車間投入使用，一直運行良好，受到客戶好評，也為我公司在北方開辟了市場，樹立了良好的品牌效應(yīng)。

通過這2臺機床的生產(chǎn)調(diào)試，使我對西門子840D數(shù)控系統(tǒng)有了更深的認識，其強大的功能、高度的集成化和程序的開放性使我們在應(yīng)用時更加靈活方便，而且產(chǎn)品的穩(wěn)定性很好。

［1］SINUMERIK 810D/840D簡明調(diào)試指南［Z］．

［2］李健偉，鄭奔，劉祖剛．SIEMENS 840D繞度補償功能及應(yīng)用［J］．設(shè)備管理與維修，2009（2）．