數控平旋盤自動更換軟件的開發與應用

2014-04-25 05:15:22徐秀玲王紅亮

制造技術與機床 2014年1期

關鍵詞：功能

徐秀玲王紅亮白斌

(①沈陽工程學院機械系，遼寧沈陽110136;②東北大學機械工程與自動化學院，遼寧沈陽110819;③中捷機床有限公司，遼寧沈陽110143)

平旋盤作為一種重要的功能部件，廣泛應用于能源、交通、重型等機械行業，是加工箱體類工件的關鍵設備。銑鏜類機床配備附件平旋盤后，可以實現車銑復合功能，增加鏜削大直徑孔、平面，車削外圓、端面、切槽等功能，一次可完成銑、鏜、車等多工序加工，擴大機床加工工藝范圍，大大提高加工效率［1］。

1 平旋盤

圖1 所示為可卸式電動數控平旋盤［2］的結構，底座通過鎖緊油缸固定在滑枕上，由主軸帶動平旋盤回轉，實現回轉主運動。滑塊是一個獨立的數控軸，由獨立的伺服電動機和驅動裝置控制實現徑向移動。通過數控信號的控制，可實現W軸(滑枕或主軸箱移動)與U軸(滑板徑向運動)的聯動，從而可以加工復雜的型面。數控平旋盤的傳動比有兩種類型:

(1)主軸與平旋盤的傳動比為1∶1，此時平旋盤的位置與主軸位置是同步的，可以在數控機床上通過NC與PLC 的協作一鍵啟動，實現安全可靠地自動更換。

(2)主軸與平旋盤的傳動比非1∶1，典型傳動比為13∶38，此時主軸與平旋盤位置是不同步的，數控系統無法確定平旋盤相對于主軸的旋轉位置。因此，平旋盤只能進行手動更換，為保證操作的安全性，不僅需要人工使用百分表或千分表找正平旋盤0°位置，而且還要采用數控系統手動功能旋轉平旋盤1 至13 圈才能最終找到需要的位置(主軸0°)。這種人工手動控制方式，需要多人配合，耗時長，勞動強度大，效率低，極容易出錯［3］。

本文針對數控平旋盤非1∶1傳動手動更換弊端，從平旋盤的結構和更換要求入手，以Simens840D 數控系統為例，深入分析數控系統對機床軸的控制過程，提出采用第二傳動比解決平旋盤速度同步問題。提出采用無實際驅動器控制的模擬軸，實現平旋盤實際位置的保持記憶，解決平旋盤自動交換的關鍵技術。通過編制NC 宏程序，實現數控平旋盤的一鍵自動更換的開發。

2 自動更換控制原理

2.1 編程同步

工件加工程序編制通常以主軸轉速為依據，安裝平旋盤以后，由于13∶38 傳動比的存在，刀具的轉速將發生改變。此時，數控系統通過電動機側編碼器可以對主軸速度進行半閉環控制，卻無法實現對平旋盤轉速進行控制，使得主軸轉速與平旋盤的轉速不同步。

解決編程同步的問題，可以在編制工件加工程序中考慮平旋盤的傳動比，這樣不僅會增加編程工作量，使得程序更加繁瑣，且不具有通用性。因此，文中提出采用第二傳動比解決平旋盤速度同步問題。圖2 所示為平旋盤的控制框圖，電動機通過主軸傳動機構帶動主軸旋轉，驅動平旋盤實現刀具運動。將平旋盤傳動比附加到第一傳動比或設置在第二傳動比中實現速度同步問題，由于第一傳動比為系統復位生效，復位后還需要機床各坐標軸重新回參考點，操作繁瑣且增加了輔助時間。而第二傳動比［4］可以通過編程指令更改即可生效，所以將第二傳動比設置為主軸/平旋盤傳動比，使平旋盤傳動比參與到速度控制環，實現主軸編程轉速與平旋盤實際轉速相同。

2.2 平旋盤位置實時記憶

編程同步可以實現速度同步，但無法實現位置同步。對于平旋盤，主軸側編碼器可以實現間接位置反饋，由于該編碼器為增量型，不具有位置保持記憶的功能，當系統重新啟動或主軸重新回參考點后，如表1 所示，如當主軸位于0°位置時，對應平旋盤0°、120°、240°這3 個角度位置，此時，系統識別角度與平旋盤實際角度不一致，不能實現平旋盤顯示位置與實際位置同步，無法滿足自動更換的要求。

表1 主軸位置與平旋盤位置同步性 (單位:°)

為有效解決這一問題，提出采用無實際驅動器控制的模擬軸，實現平旋盤實際位置的保持記憶，解決平旋盤自動交換的關鍵技術。系統控制環配置結構如圖3所示，通常系統控制的數控軸給定值類型為標準，具有實際的驅動器，與反饋裝置形成閉環控制。為了實現平旋盤實際位置的保持記憶，突破傳統的使用方法，在原有控制基礎上，采用無實際驅動器控制的平旋盤模擬軸解決其自動交換難題。采用平旋盤模擬軸，反饋元件為主軸側編碼器，通過第二傳動比及跟隨功能，實現平旋盤位置的實時反饋;其編碼器的參考模式采用絕對類型，實現平旋盤位置的保持記憶功能。通過編制宏程序使平旋盤定位到初始位置(主軸與平旋盤均在0°位置)，滿足平旋盤自動更換需求。

3 自動更換軟件開發及應用

數控平旋盤自動更換需要NC、PLC 及操作者三方協作共同完成。為實現平旋盤快捷、方便的自動更換，將平旋盤裝載子程序及卸載子程序集成到附件頭自動交換程序中，當主軸及平旋盤的實際參數與系統匹配后，只需執行PXP_LOAD 指令、即可進行平旋盤的自動安裝，執行PXP_UNLOAD 指令進行平旋盤自動卸載。