國產(chǎn)數(shù)控蠕動磨床急?；赝斯δ荛_發(fā)與應(yīng)用

高虹王斌

(西安航空發(fā)動機(集團)有限公司，陜西 西安 710021)

杭州機床廠MKLD7140數(shù)控強力蠕動成形磨床，應(yīng)用砂輪成形修整、自動補償及高壓冷卻技術(shù)，可實現(xiàn)一次裝夾、雙磨頭同步成形磨削，在發(fā)動機葉片樅樹根榫齒加工及對稱面磨削上占有優(yōu)勢。對比當(dāng)今先進磨床制造技術(shù)及現(xiàn)場應(yīng)用情況，從保護產(chǎn)品與設(shè)備角度考慮該機床在控制功能上尚需改進，如:加工中出現(xiàn)電動機過載的報警時，立即進入急停狀態(tài)，復(fù)位VDI軸使能，各伺服軸停止運動，關(guān)閉冷卻液，此時砂輪主軸轉(zhuǎn)速因慣性不會立即停止，使工件表面因冷卻不充分發(fā)生燒傷的現(xiàn)象，影響了產(chǎn)品質(zhì)量。

本文詳細(xì)闡述如何通過西門子840D系統(tǒng)NC參數(shù)設(shè)置、PLC程序設(shè)計及異步子程序開發(fā)，實現(xiàn)突發(fā)外部急停報警時，雙磨頭快速、同步、以預(yù)定軌跡回退到安全位置的方法，。

1 MKLD7140數(shù)控強力蠕動磨床的特點

該機床采用對稱式結(jié)構(gòu)，沿立柱縱向設(shè)計了上、下磨頭系統(tǒng)(上磨頭主軸SP1，下磨頭主軸SP2)，上、下磨頭垂直進給為Y軸、Z軸，兩磨頭可單獨或聯(lián)動控制;工件裝夾在工作臺上，工作臺橫向移動為X軸，如圖1所示。X、Y、Z軸采用西門子1FK7、1FT7系列高動態(tài)永磁同步伺服電動機驅(qū)動，砂輪主軸電動機為西門子1PH7系列大功率異步電動機;一次裝夾深度成型磨削量可達(dá)十幾毫米，對冷卻液的流量和壓力要求較高。

2 急停回退功能實現(xiàn)方法分析

如果在磨削過程中發(fā)生諸如電動機過載等急停報警時，雙磨頭立即離開工件表面并迅速回退到安全位置后，機床再進入急停狀態(tài)，便可以避免工件表面燒傷的質(zhì)量問題，也保證了設(shè)備安全。由此看來數(shù)控系統(tǒng)需要完成如下控制功能:第一，立即中斷當(dāng)前NCK通道加工程序的執(zhí)行;第二，自動執(zhí)行回退子程序，控制雙磨頭快速、同步、按預(yù)定方向離開工件表面;第三，回退到安全位置后使機床立即處于急停狀態(tài)，見圖2。

2.1 通過NC程序中斷指令實現(xiàn)急?；赝斯δ?/h3>

SETINT是NC中斷程序指令，通過設(shè)置子程序中斷號和優(yōu)先級，中斷當(dāng)前通道正在執(zhí)行的加工程序。

編程格式:SETINT(n)PRIO=m Subroutine LIFTFAST

SETINT(n)為當(dāng)NCK快速輸入端n(1…8)接通時，啟動中斷程序;PRIO=m為中斷優(yōu)先級別(1～128);Subroutine為中斷子程序名;LIFTFAST為快速離開工件輪廓;用“ENABLE”和“DISABLE”指令可以打開和關(guān)閉中斷程序。

分析:通過設(shè)置NCK快速I/O接口$A_IN［n］=1觸發(fā)中斷，用“LIFTFAST”指令控制坐標(biāo)軸快速離開工件表面，執(zhí)行中斷子程序回退到安全位置，其中PLC機床外部報警信號和NCU X121的I/O信號均可以作為中斷觸發(fā)源。此方法完全能夠?qū)崿F(xiàn)急停回退功能，但是需在每個工件程序前編輯SETINT中斷指令來分配中斷，有些麻煩，而且對于外部中斷信號的處理上不方便，實用性不強。

2.2 通過PLC功能塊設(shè)置中斷實現(xiàn)急停回退功能

2.2.1 用FB4設(shè)置中斷

集成SIMATIC S7中FB4(PI_SERV)功能塊用于從PLC操作NCK特殊功能，如:選擇通道程序、分配中斷、刪除刀具、刀具管理等功能，通過設(shè)置形參“PIService”可以選擇、分配中斷功能，包括通道號、中斷號、優(yōu)先級、中斷程序路徑及中斷程序名。

2.2.2 用FC9和FC15功能塊實現(xiàn)回退

用NC程序指令或FB4分配中斷之后，通過FC9和FC15功能塊均可觸發(fā)中斷并實現(xiàn)回退。

(1)通過FC9實現(xiàn)回退的方法

FC9(ASUB)用于觸發(fā)中斷當(dāng)前通道程序的運行，執(zhí)行中斷參數(shù)所分配的異步子程序。編程格式:

分析:將外部急停報警作為“Start”觸發(fā)條件，再指定通道和中斷號，系統(tǒng)便自動調(diào)用與中斷號相對應(yīng)的異步子程序，可以實現(xiàn)多軸同步回退功能，移動方式、速度、位置等參數(shù)的設(shè)置可在異步子程序中設(shè)置，除此之外還可以執(zhí)行冷卻液關(guān)閉、主軸停止等M指令。此方法不需要修改用戶加工程序，適合于PLC外部報警的處理。

(2)通過FC15實現(xiàn)回退的方法

FC15(POS_AX)用于實現(xiàn)線性軸或旋轉(zhuǎn)軸的定位功能。通過分配FC15的形參(軸號、移動方式、倍率、回退位置、回退速度等)可以控制某一操作模式下的坐標(biāo)軸回退。

分析:FC15調(diào)用1次只能控制1個軸的移動，用于實現(xiàn)雙磨頭同步回退功能不方便，且形參的調(diào)整需要通過step7編程軟件，也不方便。

綜合對比，考慮到問題是實現(xiàn)外部報警觸發(fā)回退的功能，最終確定方案:采用PLC觸發(fā)中斷，通過FB4進行中斷初始化，分配通道號、中斷號、優(yōu)先級、中斷程序路徑及中斷程序名，通過FC9觸發(fā)中斷當(dāng)前通道的工件程序的執(zhí)行，調(diào)用異步子程序完成回退，回退方向、速度、安全位置等參數(shù)的設(shè)置可在異步子程序中設(shè)置。

2.3 方案實施

2.3.1 激活異步子程序功能

異步子程序為選項功能，需要修改通用機床數(shù)據(jù)和通道機床數(shù)據(jù)激活，相關(guān)參數(shù)含義及具體修改如表1所示。

2.3.2 PLC程序設(shè)計

(1)調(diào)用FB1功能塊

在PLC程序中調(diào)用FB4功能塊，需要修改0B100組織塊中FB1設(shè)置，將形參NCKomm設(shè)置為“1”。

(2)創(chuàng)建DB數(shù)據(jù)塊

新建“asup_ini”數(shù)據(jù)塊(DB101)，定義異步子程序存儲路徑和程序名。DB101變量聲明見表2，其中‘_N_SPF_DIR’為子程序存貯路徑，‘_N_ASUP_SPF’為子程序名。

表1 異步子程序功能NC參數(shù)設(shè)置

表2 DB101數(shù)據(jù)塊變量

(3)設(shè)計FC100程序塊

在OB1中調(diào)用FC100，在FC100中調(diào)用FB4進行中斷初始化，并調(diào)用FC9進行異步子程序觸發(fā)源分配。程序設(shè)計具體如下:

①中斷初始化

②異步子程序觸發(fā)

(4)創(chuàng)建異步子程序

在程序存儲器_N_SPF_DIR目錄下創(chuàng)建ASUP.SPF子程序，舉例如下:

3 調(diào)試中出現(xiàn)的問題及解決方法

3.1 出現(xiàn)系統(tǒng)報警16963

用FC9調(diào)用異步子程序時(“Start“=1)，系統(tǒng)出現(xiàn)Alarm 16963:ASUB start declined。查閱報警原因:①MD11602.0沒有設(shè)置;②MD11604 ASUP的中斷優(yōu)先級設(shè)置太高。檢查發(fā)現(xiàn)MD11602.0=1，MD11604=7均設(shè)置正確。顯然報警另有原因，最終發(fā)現(xiàn)是由于FB1設(shè)置不正確，將 NCKomm由“False”設(shè)置為“True”，報警消除。

3.2 出現(xiàn)異步子程序多次調(diào)用

程序中用故障信號M100.0作為觸發(fā)中斷條件，應(yīng)當(dāng)執(zhí)行1次程序便停止，但有時會出現(xiàn)執(zhí)行多次回退動作后才停止，此時通道為“Active”狀態(tài)。解決方法:利用FC9的“Done”信號，當(dāng)異步子程序執(zhí)行完成時，檢測“Done”=1，用 M 指令設(shè)置 DB21.DBX201.7=1，使通道1 處于“Reset”狀態(tài)。

4 結(jié)語

在不改變機床原有軟硬件配置的基礎(chǔ)上，利用功能開發(fā)與技術(shù)改進，充分挖掘數(shù)控機床控制系統(tǒng)潛能，成功實現(xiàn)了急?；赝斯δ茉趪a(chǎn)磨床上的應(yīng)用，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，具有較好的實用價值。對于其它數(shù)控磨床、磨齒機等也具有一定的借鑒價值。