利用MAPOSS量儀改造德國數(shù)控車軸磨床在線測量系統(tǒng)

袁敬　張正軍

摘要：德國肖特車軸磨床是中國中車眉山車輛有限公司的重點(diǎn)設(shè)備。文章介紹了如何利用MAPOSS量儀改造德國數(shù)控車軸磨床在線測量系統(tǒng)，并且重點(diǎn)對關(guān)鍵的用戶循環(huán)程序的改造進(jìn)行了分析，對今后高端設(shè)備技術(shù)改造提供了借鑒。

關(guān)鍵詞：MAPOSS量儀；德國數(shù)控車軸磨床；在線測量系統(tǒng)；NC；PLC；用戶循環(huán)程序 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TP271 文章編號：1009-2374（2016）01-0027-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.01.014

我公司2004年引進(jìn)的德國肖特數(shù)控車軸磨床，其在線自動測量系統(tǒng)采用的是利用肖特自制的測量頭加MAPOSS的P7量儀信號控制器獲得的測量數(shù)據(jù)傳輸給西門子840D系統(tǒng)，與CNC系統(tǒng)中設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較加工，當(dāng)達(dá)到尺寸要求時，通過西門子S7-300PLC對機(jī)床發(fā)信號結(jié)束磨削加工，從而控制加工精度。由于德國公司自制的測量頭結(jié)構(gòu)復(fù)雜，經(jīng)常出現(xiàn)故障，對公司的正常生產(chǎn)帶來巨大困難，因此公司決定對其在線測量系統(tǒng)進(jìn)行改造。改造方式確定為利用MAPOSS公司的通用量儀和定位裝置，結(jié)合原有的P7量儀信號控制器取代肖特自制的測量頭加MAPOSS的P7量儀信號控制器控制方式，并對原NC程序和PLC程序進(jìn)行改造，以滿足新的在線自動控制要求。本次改造中最核心的也是難度最大的部分就是對原設(shè)備NC程序、PLC程序的改造，所以本文探討的重點(diǎn)也以此部分為主。

肖特數(shù)控車軸磨床磨削加工過程主要包括以下幾部分，即先通過噪音定位，確定基準(zhǔn)；然后根據(jù)設(shè)定加工尺寸進(jìn)行粗磨、半精磨、精磨；之后開工件門，測量實(shí)際尺寸；再設(shè)定需進(jìn)一步加工的補(bǔ)償量進(jìn)行尺寸加工，反復(fù)多次直到達(dá)到要求。為此，改造方案確定為，拆除原有設(shè)備上的整套肖特量儀（定位、測量一體儀），新增加MAPOSS的T25定位裝置系統(tǒng)和P7量儀來實(shí)現(xiàn)原有的自動定位、自動在線測量加工功能。要想讓新的MAPOSS的T25定位裝置系統(tǒng)和P7量儀發(fā)揮作用，還要對原有的西門子840D的NC程序以及下位機(jī)西門子S7-300的PLC程序進(jìn)行修改和補(bǔ)充，并且要屏蔽掉原來為舊的肖特量儀設(shè)定的參數(shù)，才能使新的測量系統(tǒng)發(fā)揮作用，否則會出現(xiàn)報警沖突，新系統(tǒng)將無法工作，因此全部系統(tǒng)改造工作主要由以下部分構(gòu)成：

1 改變系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，取消原量儀系統(tǒng)

要想改造原量儀系統(tǒng)，必須先讓原肖特量儀Y3系統(tǒng)在主西門子840D系統(tǒng)中失效，否則一旦取消Y3將造成主系統(tǒng)故障報警，任何工作都無法進(jìn)行。因此，首先要將原肖特量儀設(shè)置為失效，將原肖特量儀Y3設(shè)置為失效主要包括以下步驟和參數(shù)：

第一，840D程序界面—啟動—通用機(jī)床數(shù)據(jù)—選擇機(jī)床數(shù)據(jù)MD14512置【0】。

第二，840D程序界面—啟動—軸數(shù)據(jù)—選擇Y3軸機(jī)床數(shù)據(jù)MD30130=0，MD30200=0，MD30240【0】=0。

第三，840D程序界面—參數(shù)—用戶數(shù)據(jù)—選擇GUD2—設(shè)置NC變量，DIAVORH=0。

第四，840D程序界面—啟動—驅(qū)動配置—驅(qū)動號：10（Y3）設(shè)置成不激活。

注：Y3軸即為原肖特量儀在西門子840D里的驅(qū)動軸，以上所有操作完成后，關(guān)閉總電源開關(guān)，機(jī)床重新上電后，回參考點(diǎn)，操作完成。

2 修改和新增加西門子840D的NC控制程序

第一，在原用戶循環(huán)程序中新增MAPOSS的T25對刀子程序?qū)崿F(xiàn)新自動端面定位。

原對刀子程序?yàn)長890_SPF，新對刀子程序采用了部分原程序變量并進(jìn)行重新定義以滿足T25對刀儀的響應(yīng)要求，不僅如此，新增加數(shù)R192對刀基準(zhǔn)，完成粗對刀的快速響應(yīng)，并通過二次精確對刀來保證定位準(zhǔn)確，具體程序及說明見下面所示：

%_N_L892_SPF 新對刀子程序

Z=R192+6 F2500 注：R192為對刀基準(zhǔn)值 Z軸快速向基準(zhǔn)移動

STOPRE

G90 G1 Z=R192+4 F800 注：Z軸減速靠近

STOPRE

G90 G1 C3=-166 F1000 注：對刀頭T25旋下

G91 G1 Z=-3 F800 注：Z軸再減速靠近

Z=-0.5 F100 注：Z軸繼續(xù)減速靠近

WHEN $A_IN[7] ==1 DO DELDTG 注：第一次碰到，第一次對刀

G91 G1 Z=-3 F30 注：T25第一次對刀

Z=0.2 F=50 注：退刀準(zhǔn)備第二次精確對刀

WHEN $A_IN[7] ==1 DO DELDTG

G91 G1 Z=-0.5 F2 注：T25第二次對刀

STOPRE

R191=$AA_IW[Z] 注：R191為對刀現(xiàn)在值讀取工件Z軸坐標(biāo)

R190=R191-R192 注：R190為對刀誤差值，通過計算得出

STOPRE

M17

%_N_L893_SPF 注：對刀退回子程序（手動時）

G90 G1 X=650 F=2000

Z=R192+3 F500

G1 G90 C3=-69.5 F800

M17

%_N_L894_SPF 注：新對刀子程序（自動時）

G90 G1 X=650 F2500

Z=R192+6 F8000 注：R192為對刀基準(zhǔn)值 Z軸快速向基準(zhǔn)移動，速度為F8000

STOPRE

G90 G1 Z=R192+4 F800 注：Z軸減速靠近，速度為F800

STOPRE

G90 G1 C3=-166 F3000 注：對刀頭T25旋下

G91 G1 Z=-3 F800 注：Z軸再減速靠近

Z=-0.2 F100 注：Z軸繼續(xù)減速靠近

WHEN $A_IN[7] ==1 DO DELDTG 注：第一次碰到，第一次對刀

G91 G1 Z=-3 F30 注：T25第一次對刀

Z=0.2 F=50 注：退刀準(zhǔn)備第二次精確對刀

WHEN $A_IN[7] ==1 DO DELDTG

G91 G1 Z=-0.5 F2 注：T25第二次對刀

STOPRE

R191=$AA_IW[Z] 注：R191 對刀現(xiàn)在值讀取工件Z軸坐標(biāo)

R190=R191-R192 注：R190 對刀誤差值計算

STOPRE

M17

%_N_L895_SPF 注：對刀退回子程序（自動時）

G90 G1 X=650 F=2000

Z=R192+3 F500

STOPRE

G1 G90 C3=-69.5 F2800

M17

第二，在原用戶循環(huán)程序中新增MAPOSS的在線測量子程序L515實(shí)現(xiàn)自動在線測量及加工，在此部分仍然以原在線測量子程序L510程序結(jié)構(gòu)作為基本框架，對部分西門子840D的R參數(shù)進(jìn)行重新定義以及部分PLC響應(yīng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重新編程，具體程序及注釋如下所示：

%_N_L515_SPF 新進(jìn)入粗磨程序（部分，原為510）

G1 G91 Z=R290 X=-0.15 F=R197 注：R290端面磨削調(diào)整值從-0.15改到-0.2，將增加Z軸進(jìn)給，加大端面磨削量，反之減小。

WHEN $A_IN[9] ==1 DO DELDTG 注：給PLC的DB222.DBX11.4發(fā)信號

N260 G91 G1 M1=116 M1=114 X=-0.7 Z=-0.7 F=R193 注：R193為粗磨速率

WHEN $A_IN[10] ==1 DO DELDTG 注：給PLC的DB222.DBX11.5發(fā)信號

F=R194 X=-0.25 Z=-0.25 注：R194為半精磨速率

G4 F1

MSG（“VV”）

WHEN $A_IN[11] ==1 DO DELDTG 注：給PLC的DB222.DBX11.6發(fā)信號

F=R195 X=-0.1 Z=-0.1 注：R195為精磨速率

MSG（“VVV”）

WHEN $A_IN[12] ==1 DO DELDTG 注：給PLC的DB222.DBX11.7發(fā)信號

F=R196 X=-0.1 Z=-0.1 注：R196為光磨速率

G91 G1 X=0.5 Z=0.1 F=4000

GOTOF LB200

RET

3 改造和新增下位機(jī)西門子S7-300的PLC程序

改造程序完成之后，接下來就是對原西門子S7-300的PLC程序進(jìn)行修改和增加，利用西門子S7-300的專用程序調(diào)試軟件STEP 7，對上面程序段中出現(xiàn)的各變量代號（如$A_IN[9]）在西門子840D的PLC程序中定義相應(yīng)的內(nèi)存地址（如DB222.DBX11.4），通過尋址命令對其出現(xiàn)的各種狀態(tài)進(jìn)行訪問和反饋，從而實(shí)現(xiàn)控制，并且新增加子程序塊FC123等來實(shí)現(xiàn)測量臂自動在線伸縮、保護(hù)防撞等功能，由于程序結(jié)構(gòu)過于龐大，在此不再詳述。

4 完成實(shí)物及線路改造

拆除舊Y3量儀系統(tǒng)，現(xiàn)場安裝新量儀及對刀裝置，完成實(shí)物及線路改造。首先將舊Y3量儀測量臂上的各電氣線路脫開，之后將Y3量儀拆除，自行制作工裝并將新T25對刀儀安裝在原Y3量儀位置，使新T25就位，在軸座頭部，利用新制工裝將新量儀安裝固定，并在量儀旁安裝防護(hù)裝置，最后安裝新增電氣開關(guān)、限位等部件，將新增電氣線路進(jìn)行重新敷設(shè)和連接，所有安裝結(jié)束后進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試工作。不僅如此，由于量儀安裝位置的改變，與原自動上料機(jī)械手產(chǎn)生了位置干涉，還對配套設(shè)備上料機(jī)械手進(jìn)行了改造，將自動上料機(jī)械手進(jìn)行機(jī)械位置調(diào)整，從而滿足新裝置要求。

經(jīng)過所有工程技術(shù)人員、設(shè)備操作人員、維修人員的不懈努力，終于使本次改造獲得圓滿成功。經(jīng)過本次系統(tǒng)改造，不但使測量裝置的故障率大幅度降低，并且縮短了對刀等過程的工作運(yùn)行時間，提升了設(shè)備工效，為公司創(chuàng)造了更大價值。

參考文獻(xiàn)

[1] 王德蘭.德國肖特車軸磨床在線測量系統(tǒng)的改造[J].機(jī)車車輛工藝，2009，（3）.

（責(zé)任編輯：周 瓊）