羅 敏

(湖北汽車工業(yè)學(xué)院電氣工程系，湖北十堰 442002)

東風(fēng)輕型發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司由東風(fēng)汽車有限公司和東風(fēng)汽車股份有限公司共同出資組建，主要生產(chǎn)日產(chǎn)和東風(fēng)品牌ZD30系列柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，為東風(fēng)汽車股份公司日產(chǎn)和東風(fēng)品牌的輕卡、輕客、SUV提供動(dòng)力總成。其曲軸生產(chǎn)線以進(jìn)口二手設(shè)備加少量國(guó)產(chǎn)新設(shè)備組成。在該生產(chǎn)線上，曲軸主軸頸加工采用車?yán)に?，連桿頸加工采用內(nèi)銑工藝，均為二手設(shè)備。該連桿頸內(nèi)銑機(jī)床型號(hào)為CKM200(圖1)，原控制系統(tǒng)為兩套FANUC-0MC系統(tǒng)，需要進(jìn)行技術(shù)改造。

CKM200內(nèi)銑與 FKP20內(nèi)銑機(jī)床［1］結(jié)構(gòu)相同的是：機(jī)床有1個(gè)固定卡盤和1個(gè)移動(dòng)卡盤；機(jī)床有2個(gè)刀盤，刀盤1和刀盤2；機(jī)床共有6個(gè)坐標(biāo)軸，Z1和Z2分別用于門架1和門架2的縱向移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)軸向定位，X1/Y1和X2/Y2分別用于刀盤1和刀盤2的銑削進(jìn)給。所不同的是CKM200機(jī)床配有2個(gè)中心架，中心架1固定在門架1上，借助Z1坐標(biāo)軸而移動(dòng)，中心架2固定在門架2上，借助Z2坐標(biāo)軸而移動(dòng)。

此前，我們?cè)鵀闁|風(fēng)康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)公司進(jìn)行過兩輪曲軸內(nèi)銑機(jī)床數(shù)控改造，分別用于連桿頸和主軸頸加工。2003年，用兩套FANUC-0MC系統(tǒng)構(gòu)建和開發(fā)了曲軸連桿頸內(nèi)銑控制系統(tǒng)，用于連桿頸內(nèi)銑數(shù)控改造［1-2］。2007年，用西門子840D構(gòu)建和開發(fā)了曲軸主軸頸內(nèi)銑控制系統(tǒng)，用于主軸頸內(nèi)銑數(shù)控改造［3-4］。本次技改用FANUC-0i-TTC雙刀架車床控制系統(tǒng)構(gòu)建和開發(fā)新型曲軸連桿頸內(nèi)銑控制系統(tǒng)。

1 硬件配置

硬件配置框圖見圖2。X1、Y1、Z1由通道1控制。X2、Y2、Z2由通道2控制。6個(gè)坐標(biāo)軸配置絕對(duì)編碼器，構(gòu)成半閉環(huán)控制的伺服軸。6個(gè)坐標(biāo)軸電動(dòng)機(jī)選用40 N·m/3000 r/min電動(dòng)機(jī)，其中Y1/Y2軸電動(dòng)機(jī)帶內(nèi)置抱閘。掛在I/O LINK總線上的伺服放大器用于測(cè)量機(jī)的控制。

具體配置如下：

(1)操作顯示單元：10.4英寸LCD觸摸屏。

(2)NC 基本單元：0i-TTC。

(3)系統(tǒng)主板：Pentium/PMC-SB7/有模擬主軸，A02B-0309-H107。

(4)MDI單元：A02B-0281-C126#TBE。

(5)分線盤I/O模塊(基本模塊)：A03B-0815-C001，3 塊。

(6)分線盤I/O模塊(擴(kuò)展模塊)：有手輪接口，A03B-0815-C002，1 塊。

(7)分線盤I/O模塊(擴(kuò)展模塊)：無手輪接口，A03B-0815-C003，8 塊。

(8)X1/Z1/X2/Z2 伺服電動(dòng)機(jī)：40 N·m，3000 r/min伺服電動(dòng)機(jī)4臺(tái)，型號(hào)為A06B-0257-B100。

(9)Y1/Y2伺服電動(dòng)機(jī)：40 N·m，3000 r/min伺服電動(dòng)機(jī)2臺(tái)，型號(hào)為A06B-0257-B400。

(10)電源模塊：55 kW，型號(hào)為 A06B-6140-H055。

(11)伺服放大器：160 A模塊6個(gè)，型號(hào)為A06B-6117-H106。

(12)測(cè)量機(jī)電動(dòng)機(jī)：4 N·m，4000 r/min伺服電機(jī)1臺(tái)，型號(hào)為A06B-0063-B203。

(13)I/O LINK伺服放大器：A06B-6132-H002。

(14)便攜式手輪：A860-0203-T013。

2 FSSB伺服總線的設(shè)定

CKM200內(nèi)銑共有6個(gè)直線軸，按單CPU雙通道進(jìn)行設(shè)定。

FSSB設(shè)定見圖3，采用手動(dòng)設(shè)定2方式。系統(tǒng)參數(shù) 1902#0=1，1902#1=0。

(1)軸名的設(shè)定：通道1和通道2軸名作相同設(shè)定。

N01020 A1 P88 A2 P89 A3 P90；軸名

(2)伺服軸號(hào)的設(shè)定：通道1伺服軸號(hào)為1，2，3；通道2伺服軸號(hào)為4，5，6。

N01023 A1 P1 A2 P2 A3 P3；通道1軸號(hào)

N01023 A1 P4 A2 P5 A3 P6；通道2軸號(hào)

(3)從屬器地址轉(zhuǎn)換表數(shù)據(jù)設(shè)定：全部在通道1中設(shè)定。

N1910 P0；從屬器1地址(從屬器號(hào)-1)

N1911 P1；從屬器2地址

N1912 P2；從屬器3地址

N1913 P3；從屬器4地址

N1914 P4；從屬器5地址

N1915 P5；從屬器6地址

N1916-1919 P40；無從屬器

3 同步M指令的應(yīng)用

雙刀盤加工的運(yùn)行需要同步協(xié)調(diào)，對(duì)于軸頸的銑削要求同步切入切出。這里通道1即刀盤1負(fù)責(zé)加工曲軸第3、4連桿頸，通道2即刀盤2負(fù)責(zé)加工曲軸第1、2連桿頸。因此第3和第1連桿頸、第4和第2連桿頸的加工開始與結(jié)束分別需要同步。使用M指令實(shí)現(xiàn)同步。用參數(shù)指定同步M代碼的范圍M100～M150。

N8110 P100；同步M代碼起始代碼

N8111 P150；同步M代碼結(jié)束代碼

4 坐標(biāo)軸零點(diǎn)的設(shè)定

總體思路是：不用柵格方式找零點(diǎn)，而是將刀盤中心與主軸母線中心完全重合點(diǎn)強(qiáng)制設(shè)定為坐標(biāo)軸X1/X2和Y1/Y2的零點(diǎn)。Z1/Z2也一樣，采用設(shè)零點(diǎn)的方法建立參考點(diǎn)。其基本的原理是在合適的時(shí)候，將“絕對(duì)編碼器零點(diǎn)建立否”參數(shù)1815#4強(qiáng)制為1。一般情況下，該參數(shù)自動(dòng)設(shè)定。

零點(diǎn)設(shè)定的具體方法如下：

(1)設(shè)定參數(shù)1002#1=1，全部軸回參考點(diǎn)都不使用減速信號(hào)。

(2)設(shè)定參數(shù)1815，使用絕對(duì)編碼器。

①1815#4=0：絕對(duì)編碼器零點(diǎn)未建立。

①1815#5=1：使用絕對(duì)編碼器。

(3)確認(rèn)絕對(duì)編碼器電池已連上。

(4)用手輪進(jìn)給移動(dòng)坐標(biāo)軸，使電動(dòng)機(jī)移動(dòng)一轉(zhuǎn)以上，方向和速度不受限制。

(5)切斷電源，再接通電源。

(6)用手輪進(jìn)給將坐標(biāo)軸移動(dòng)到零點(diǎn)位置。

(7)將參數(shù)1815#4置1。

(8)切斷電源，再接通電源。

5 內(nèi)銑宏指令

針對(duì)曲軸內(nèi)銑加工的工藝要求，采用宏程序開發(fā)了基于幾何形狀尺寸、刀具信息、切削工藝參數(shù)、刀具補(bǔ)償?shù)葦?shù)據(jù)編程的固定循環(huán)。其調(diào)用格式為：

G102 Rr Qq Ss Aa Bb Ee Ii Jj Kk Cc Dd；順銑

G103 Rr Qq Ss Aa Bb Ee Ii Jj Kk Cc Dd；逆銑

R=#18：刀盤半徑(mm)

Q=#17：連桿頸半徑(mm)

S=#19：曲炳半徑(mm)

A=#1：切入長(zhǎng)度 1，即 PA(mm)

B=#2：切入長(zhǎng)度 2，即 PB(mm)

E=#8：空切入長(zhǎng)度(mm)

I=#4：PA 切入段進(jìn)給速度，即 EA(mm/min)

J=#5：PB 切入段進(jìn)給速度，即 EB(mm/min)

K=#6：整圓切削速度(mm/min)

C=#3：切入角度(°)

D=#7：補(bǔ)償號(hào)

6 刀補(bǔ)輸入畫面的開發(fā)

應(yīng)用FANUC PICTURE開發(fā)了機(jī)床刀具補(bǔ)償輸入畫面，如圖4所示。

在進(jìn)行刀補(bǔ)輸入時(shí)，先將光標(biāo)定位到需要修改或輸入刀補(bǔ)的數(shù)據(jù)上，然后輸入緩沖區(qū)輸入刀補(bǔ)值，如果按［+輸入］鍵，則當(dāng)前輸入值疊加到原刀補(bǔ)值；如果按［輸入］鍵，則用當(dāng)前輸入值替換原刀補(bǔ)值。［清除］和［回退］鍵用于輸入緩沖區(qū)數(shù)據(jù)的刪除，按［清除］鍵，即清除輸入緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)；按［回退］鍵，則只刪除1個(gè)字符。

7 結(jié)語

采用FANUC-0i-TTC數(shù)控系統(tǒng)改造CKM200曲軸連桿頸內(nèi)銑，于2008年6月成功投入運(yùn)行，用于東風(fēng)輕型發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司ZD30曲軸連桿頸加工。與前兩次曲軸內(nèi)銑數(shù)控改造的技術(shù)對(duì)比如表1所示。

表1 技術(shù)對(duì)比

［1］羅敏.利用宏程序開發(fā)曲軸內(nèi)銑及補(bǔ)償功能［J］.制造技術(shù)與機(jī)床，2003(12)：89-91.

［2］羅敏.用雙0M系統(tǒng)控制曲軸內(nèi)銑［J］.制造技術(shù)與機(jī)床，2004(3)：81-83.

［3］羅敏.基于840D的曲軸內(nèi)銑控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用［J］.制造技術(shù)與機(jī)床，2009(6)：141-144.

［4］羅敏.基于R參數(shù)的曲軸主軸頸內(nèi)銑加工循環(huán)編程［J］.制造技術(shù)與機(jī)床，2009(7)：117-120.

［5］石青輝，王洋，原泉，等.SIEMENS 840D系統(tǒng)在內(nèi)銑機(jī)床改造中的應(yīng)用［J］.制造技術(shù)與機(jī)床，2005(3)：120-122.