西門子840D sl多通道控制在數控銑槽機改造中的應用

安 毅 許 建 劉明陽

(哈爾濱電機廠有限責任公司，黑龍江哈爾濱150040)

1 項目簡介

數控銑槽機是由哈爾濱電機廠自行設計制造的設備，主要用于汽輪發電機轉子線圈直線銅排端面、魚尾槽、直槽、斜槽、腰形孔的加工，其結構為雙頭立式，動力銑頭為六角頭雙排自動分度，每個銑頭可安裝12把刀具，銅排可以一次裝卡加工成型。原機床采用Fagor數控系統，經過多年使用，銑頭部分精度超差嚴重，加工剛性較差，且很難修復。床身直線導軌基面有損傷，致使精度喪失。經過多年使用，數控系統和部分電氣元件不穩定，數控系統功能少，編程方式單一，需要對機床進行電氣改造。

2 機械部分改造

廢棄原有銑頭及立柱部件，保留原床身及滑座，包括縱、橫向直線導軌，設計并制造新的立柱、立銑頭、臥銑頭，安裝在原有的滑座上，銑頭分別安裝在新立柱的正面和側面，新立柱上的導軌均為直線導軌。重新對床身進行導軌面精加工，原滑座接合面與新立柱配刮，保證新立柱與床身的精度。機床的氣動系統分為兩部分，分別用于工件裝卡和刀具冷卻。拿掉機床水冷系統，采用壓縮空氣對刀具進行冷卻并吹走銅排表面的銅屑。

滑座縱導軌沿床身左右移動進給為X軸，橫導軌可以保證新立柱作垂直于X軸的橫向移動進給為Y軸。X、Y軸均由單獨的交流伺服電動機驅動。立銑頭垂直上下移動進給為Z軸，臥銑頭可沿新立柱上下移動進給為U軸，依靠方滑枕進行軸向移動進給為V軸。

立銑頭安裝在新立柱前部，立銑頭主軸由西門子1PH7交流異步伺服電動機驅動，減速器有高、低兩檔調速；銑頭分別通過單獨的交流伺服電動機→減速器→滾珠絲杠實現沿新立柱導軌上下垂直移動進給(Z軸)；銑頭主軸內裝有自動拉刀裝置，碟形彈簧拉緊，液壓松開；溜板通過單獨的交流伺服電動機→減速器→滾珠絲杠實現沿滑座橫向移動進給(Y軸)。

臥銑頭安裝在新立柱一側，臥銑頭主軸由西門子1PH7交流異步伺服電動機驅動，減速器有高、低兩檔調速；銑頭分別通過單獨的交流伺服電動機→減速器→滾珠絲杠實現沿新立柱導軌上下垂直移動進給(U)；臥銑頭采用方滑枕結構，以保證加工剛性，并設有刀桿輔助支承接口，并配有銑刀桿懸臂輔助支承裝置，可以加工工件上的直槽；方滑枕軸向移動進給通過交流伺服電動機→減速器→滾珠絲杠實現(V軸)；銑頭主軸內裝有自動拉刀裝置，碟形彈簧拉緊，液壓松開。

3 數控部分改造

3.1 設備選型

為了實現機床立、臥銑頭雙通道控制，選用西門子840D sl數控系統。840D sl屬于綜合性數控平臺，通過系統參數設定可以實現幾乎所有的系統控制功能。840D sl的NCU730.2模塊采用網線通過系統網絡連接MCP 483 PN機床控制面板、PCU50、電子手輪。NCU自身集成S7-300可編程控制器，通過ProfiBus總線連接ET200M接口模塊擴展PLC外部接口。840D sl可控制多達31個進給軸和主軸，可選擇多達10個通道用于機床操作運行。高度模塊化和開放性，用于各種復雜零件的加工，具有優良的動態品質和精度控制。機床驅動系統使用S120全數字交流驅動系統，使用5臺SIEMENS 1FK7型交流伺服電動機控制機床(X、Y、Z、U、V 五個)進給軸，主軸采用 2臺 1PH7交流異步伺服電動機控制。X軸使用光柵尺全閉環控制，其余進給軸行程短角度，采用半閉環控制。為了能夠實現主軸定向定位，進行自動換刀，主軸采用海德漢2500線編碼器全閉環控制。

機床的PCU50.5和MCP483C-PN機床控制面板安裝在機床滑座上的操作臺上，機床采用一套840D slNCU，利用雙通道控制功能，控制兩個立、臥主軸同時加工，加工時互不影響。操作臺距離主軸較近，所以選用西門子Mini手輪即可進行精確對刀。

3.2 機床通道功能參數設置及PLC程序設置

一個通道就是指數控系統的一個插補器，在執行程序的時候進行插補運算，控制幾個坐標軸的插補運動，多個插補器就可以控制同時執行多個插補運算，同時控制幾組坐標軸的運動，執行多個加工程序，程序之間互不干擾。應用840數控系統多通道功能，將機床新立柱上的立、臥主軸分別配制在兩個通道中，可以同時運行兩個加工程序，兩個主軸同時加工，大大提高加工效率。

首先設置機床軸名，機床上所有用到的坐標軸在此給出軸名，包括主軸。本機床共7個軸。

設置參數:通道所屬方式組、激活通道的數量、激活運行方式組數量:

設置通道參數中的幾何軸號、幾何軸名、通道中激活的軸號、軸名。例如通道一的參數為:

3.3 多通道功能PLC程序設置

通過機床參數可以打開機床的多通道功能，將設計好的機床軸分配到相應的通道中，實現進給軸的運動控制，但是為了完善雙通道功能，還要對PLC程序進行處理。首先在OB1中正常調用FB1設置機床控制面板地址等信息。當切換通道時，需要切換機床操作面板的控制功能。機床面板的控制是調用標準功能塊FC19。可以使用數據位DB19.DBB22設置機床控制面板的通道參數，PLC程序調用如下:

也可以用機床控制面板的軸選擇按鈕切換通道顯示:

DB19.DBB32=01000001激活通道顯示切換功能。

DB19.DBB33=1或2，需要切換的通道號。

DB19.DB32第一位為1表示激活PLC控制通道顯示切換功能。位第六位為1表示執行通道顯示切換，執行完畢后第六位復位為0，第一位可保持不變。DB19.DBB33為想要切換的通道號。切換完成后，DB19.DBB22的數值與DB19.DBB33相同。

通過以上設置實現了機床的雙通道控制，機床可以分別執行加工程序，大大提高加工效率。

4 結語

在技術改造中，選用西門子840D sl數控系統和S120交流進給伺服系統完成了該數控機床的技術改造。改造中在機械上修復了機床導軌，提高了機床機械精度，重新制作了新立柱、一個立銑頭和一個臥銑頭。在電氣方面實現840D sl數控系統的雙通道功能，機床的立、臥銑頭可以同時工作，在保證機床精度的前提下，大大提高了加工的效率。更換的西門子840D sl數控系統解決了機床之前的諸多問題，提高了機床可靠性，操作簡便，故障率低，達到了預期效果，為工廠帶來巨大的經濟效益。