西門子840Dsl數控系統(tǒng)在HELLER MCH300臥式加工中心改造中的應用

王其，于海勃，趙訓茶，張傳勇，李勇剛

（1.中國石油集團濟柴動力有限公司，山東 濟南 250306；2.山東勞動職業(yè)技術學院機制工藝系，山東 濟南 250306）

SINUMERIK 840Dsl數控系統(tǒng)是西門子公司近年推出的面向車削、銑削和磨削機床的高端數控系統(tǒng)，其幾乎可以適用于包括立式/臥式加工中心、車銑復合加工中心、各類磨床及專用機床在內的所有數控機床與裝備等，具有多種專用數控功能和良好的開放性，便于針對具體數控裝備進行多種深入的二次開發(fā)。以一臺由德國HELLER公司生產的MCH300臥式加工中心數控改造為例，闡述840Dsl數控系統(tǒng)的幾種功能應用，如加工中心的刀具管理、TRANSLINE HMI Pro人機界面應用開發(fā)，并針對HELLER公司自主開發(fā)的IPM刀具監(jiān)控系統(tǒng)的改造做闡述。

1 機床結構

MCH300臥式加工中心的主機部分是一臺帶有數控回轉工作臺的臥式鏜銑床，數控軸有工作臺左右移動（X軸）、主軸箱垂直移動（Y軸）、主軸前后移動（Z軸）、工作臺回轉（B軸）、主軸（SP）和刀庫定位軸（MX軸），帶有可交換工作臺，X、Y、Z軸均通過封閉式直線光柵尺作全閉環(huán)控制，B軸帶絕對值型圓光柵，主軸具有機械兩檔，通過直接位置編碼器實現全閉環(huán)控制。機床自帶鏈式刀庫，50個刀位，帶有液壓控制的機械手用于換刀，機床背面有裝卸刀站。

2 系統(tǒng)配置

系統(tǒng)選用NCU720.3PN，并配置選項功能使其支持6個數控軸、2個通道、2個方式組，配置OP012 12”彩色TFT顯示器和MCP483 PN機床控制面板，另選配TRANSLINE HMI Pro Runtime版軟件及CS開發(fā)版軟件安裝在PCU50.5的Operate中。并加配刀具管理功能以支持手動刀具庫（虛擬刀庫）。系統(tǒng)配置HT2手持終端用于對刀和近距離手動操作。各進給軸均采用SINAMICS S120書本型模塊驅動1FT7交流伺服電機，所有伺服電機自帶的DriveCLiQ接口編碼器均直接接入驅動總線，配置帶饋電功能的ALM電源模塊和AIM濾波接口模塊，可適應供電電網電壓有一定波動情況下的運行。X、Y、Z軸均更換新的HEIDENHAIN LC195型絕對值光柵尺，所有閉環(huán)測量裝置均通過SMC20模塊將原光柵尺或編碼器的EnDat信號經轉換接入到DriveCLiQ總線。系統(tǒng)共有12個測量系統(tǒng)，故增加一個NX10.3擴展數控單元。刀庫裝卸載站配置一只OP08T，通過以太網連接至NCU，為布線和維修方便，增加一只4口工業(yè)以太網交換機，將PN轉接盒、MCP483PN等集中接入。

3 功能實現

3.1 TRANSLINE

TRANLINE HMI Pro又叫MyHMI/PRO，是專門用于輸送線、加工中心和裝配線開發(fā)大批量生產中操作和監(jiān)控任務的機床操作界面軟件，利用OP面板兩側的垂直軟鍵實現多個手動動作的操作與顯示，它常用于加工中心的調整模式下的手動刀具交換、可交換工作臺的手動操作等。該軟件功能強大，二次開發(fā)簡便，通用性較好。圖1為該項目文件運行時的截圖。

圖1 MCH300臥式加工中心TRANSLINE畫面截圖

要使HMI PRO界面能正常運行，還需編制相應的PLC程序。軟件自帶工具包中含有常用的功能塊程序，可以調用相應的程序實現軟鍵地址定義、地址譯碼、地址映像等，并根據實際機床控制的需求，編制每個動作對應的邏輯程序，程序內容應包括前提條件、設備狀態(tài)、動作地址操作、動作結果等。HMI PRO的功能很強大，可以嵌入軸位置、工件坐標系等系統(tǒng)變量等，圖1中已放置Z軸位置、Q軸實際位置。

3.2 刀具管理

840Dsl系統(tǒng)自帶刀具管理功能，支持一個物理刀庫，對于MCH300臥式加工中心來說，其50刀位的鏈式刀庫不帶獨立的裝卸刀庫，應該適合基本配置的應用。但是該機床需要具備主軸直接手動裝卸刀的功能，使用移動刀具車放置大刀、長刀、超重刀具等特殊刀具，從刀具車裝載到主軸上的刀具只能卸載到刀具車，而不能卸載到鏈式刀庫中，否則會引起碰撞等事故，所以還需要建立一個虛擬刀庫，同時在MCP上需要設置手動裝卸刀具的確認按鈕功能，因此需要配置刀具管理功能選項。刀庫配置：鏈式物理刀庫號為1，移動式刀具車刀庫號為2，刀庫緩沖區(qū)（包括機械手爪1、機械手爪2、備刀座、主軸，共4個刀位）作為一個虛擬刀庫，其刀庫號為9998，裝載點作為另一個虛擬刀庫，刀庫號為9999，該機床設置2個裝載點（裝卸載站、主軸）。

新的Operate支持人機交互式刀庫配置，比原來的HMI Advanced更加方便直觀。配置完成后，按“激活數據”軟鍵，使刀具管理配置文件生效，系統(tǒng)會自動生成刀具管理系統(tǒng)PLC與NC的接口數據塊（包括DB71、DB72、DB74等）。此時可以在“參數”菜單下查看刀具配置的結果，相應的緩沖區(qū)刀位、鏈式刀庫刀位、移動式刀具車刀位等均顯示在刀具表和刀庫目錄中。將裝載、卸載、移位等功能作為后臺處理方案，不影響機床主機部分的加工，刀具準備和舊刀入庫均不占用加工時間，以使機床的加工效率提高。編制各個任務對應的邏輯動作PLC程序，各步驟完成激活相應的接口信號通知刀具管理系統(tǒng)響應。

3.3 刀具監(jiān)控系統(tǒng)

HELLER公司自主研發(fā)的IPM刀具監(jiān)控系統(tǒng)是一套基于優(yōu)化工藝加工、減少刀具過載/斷刀故障的應用軟件，它安裝在數控機床上，根據不同刀具屬性、不同加工對象、不同的加工參數來選擇不同的刀具監(jiān)控方案，每個監(jiān)控方案中有刀具轉速、負載電流、進給速度等參數，當其中某個預設限制值達到則觸發(fā)系統(tǒng)報警，同時通過程序響應機床安全退出或中斷加工狀態(tài)，起到保護機床和刀具的作用。應用OEM軟件開發(fā)包開發(fā)滿足監(jiān)控方案添加/復制/刪除、方案元素數值設定/修改、刀具類型與屬性選擇等界面，并具有人機交互幫助功能。每個方案編號可以與刀具刀沿OEM自定義數據相鏈接，也就是說，每次新建刀具時均可在其OEM自定義數據塊（$TC_DPC1和$TC_DPC2）中設置其刀具監(jiān)控方案編號，然后在PLC程序中編制相應的監(jiān)控值，并實時與實際值比較，若達到限制值則觸發(fā)相應的異步子程序響應刀具退出或加工暫停等。

4 結語

本文主要就加工中心數控系統(tǒng)的主要功能進行了闡述，該加工中心應用的數控功能調試還有許多，如自動托盤管理（無人值守加工模式）、安全連鎖保護程序等，840Dsl還有很多實用的功能值得學習，如MyScreens用戶自定義界面、遠程控制/監(jiān)控/管理Access Mymachine等，在此不一一贅述。