■陜西漢江機(jī)床有限公司 （陜西 723003） 賈振旭 蘇保平 劉 輝

西門子特殊功能在旋風(fēng)銑床上的應(yīng)用

■陜西漢江機(jī)床有限公司 （陜西 723003） 賈振旭 蘇保平 劉 輝

摘要：大型數(shù)控旋風(fēng)銑床一般加工工件較長(zhǎng)，而且振動(dòng)較大。為了提高加工精度，減小刀具磨損，需要在銑頭兩端夾持工件。由于一般伺服電動(dòng)機(jī)控制為位置控制，不能滿足需求，西門子帶力矩控制的固定點(diǎn)停止功能可以很好的解決力矩控制的需求。本文以數(shù)控旋風(fēng)銑床中的具體應(yīng)用，詳細(xì)介紹西門子帶力矩控制的固定點(diǎn)停止功能的調(diào)試方法。

近年來(lái)國(guó)內(nèi)大規(guī)格滾珠絲杠需求正在迅速增長(zhǎng)，普通的磨削技術(shù)不能滿足高效綠色加工。螺紋旋風(fēng)硬銑削技術(shù)可以對(duì)硬度62HRC的滾珠絲杠進(jìn)行硬銑削，免去熱處理和磨削工序，滿足精密高效加工，是目前精密螺紋高效制造發(fā)展起來(lái)的新工藝、新方法。旋風(fēng)銑削切削力小，零件變形少，加工后的零件具有較高的精度和表面質(zhì)量。加工后的切屑帶走絕大部分熱量，工件溫升低，熱變形小，不用切削液實(shí)現(xiàn)干切削，使這一新工藝邁入高速綠色制造領(lǐng)域。

對(duì)于長(zhǎng)規(guī)格滾珠絲杠裝夾時(shí)工件中間下垂會(huì)影響工件的加工精度，銑削加工時(shí)工件的振動(dòng)也會(huì)影響加工精度和刀具的使用壽命。采用工件外圓定位的自適應(yīng)夾持裝置，進(jìn)行自動(dòng)定位、自動(dòng)夾緊，可自動(dòng)適應(yīng)外圓誤差變化，提高加工精度。由于自動(dòng)夾緊要求系統(tǒng)控制為恒定力矩控制，一般伺服電動(dòng)機(jī)控制為位置控制，不能滿足這一要求，西門子系統(tǒng)固定點(diǎn)停止功能為力矩控制，正好可以控制夾持裝置的自動(dòng)定位、夾緊，具體方法如下。

1. 旋風(fēng)銑床基本結(jié)構(gòu)及工作原理

H J092×80為我公司生產(chǎn)的8m數(shù)控旋風(fēng)銑床，使用西門子840D SL系統(tǒng)，此系統(tǒng)可靠性高，開(kāi)放性好，用戶可根據(jù)自己的要求進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。系統(tǒng)控制10個(gè)數(shù)控軸，軸基本位置及工作原理如圖1所示。

圖1

如圖1所示，X為銑頭橫進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；Z為銑頭縱向運(yùn)動(dòng)；C為頭架旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；U1、U2為左、右跟刀架松開(kāi)夾緊運(yùn)動(dòng)；V1、V2、V3、V4分別為4個(gè)中心架垂直升降運(yùn)動(dòng)；SP為銑頭旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。機(jī)床的螺紋銑削運(yùn)動(dòng)是由頭架旋轉(zhuǎn)和旋風(fēng)銑頭的縱向移動(dòng)、聯(lián)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在銑削過(guò)程中，C軸轉(zhuǎn)360°，Z軸走一個(gè)螺距，切削過(guò)程中必須保證嚴(yán)格的聯(lián)動(dòng)關(guān)系。旋風(fēng)銑頭縱向運(yùn)動(dòng)配置高精度光

柵尺，頭架旋轉(zhuǎn)配置高精度角度編碼器，實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)位置反饋，用來(lái)進(jìn)一步提高工件的加工精度。

左右跟刀架應(yīng)用西門子系統(tǒng)帶力矩控制的固定點(diǎn)停止功能控制工件的夾緊和松開(kāi)，實(shí)現(xiàn)力矩控制的要求。4個(gè)中心架通過(guò)上、下移動(dòng)V形支撐塊實(shí)現(xiàn)托起、釋放工件的動(dòng)作。在工件銑削過(guò)程中，在Z、C聯(lián)動(dòng)的同時(shí)，根據(jù)拖板在不同的位置，需要中心架向上移動(dòng)實(shí)現(xiàn)支撐工件和向下移動(dòng)讓過(guò)拖板的運(yùn)動(dòng)。所以需要系統(tǒng)設(shè)置兩個(gè)通道，分別控制工件銑削、工件夾持及工件支撐運(yùn)動(dòng)。

2. 機(jī)床軸及雙通道的設(shè)置

X、Z、C、SP軸分配在通道1，U1、U2、V1、V2、V3、V4分配在通道2，X、Z、U1、U2、V1、V2、V3、V4在機(jī)床數(shù)據(jù)中設(shè)為直線軸，X、Z設(shè)為幾何軸，C設(shè)為旋轉(zhuǎn)軸，SP設(shè)為主軸。該機(jī)床設(shè)為雙通道，目的是可以同時(shí)運(yùn)行銑削程序、工件夾持和支撐程序，對(duì)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置如下。

通用參數(shù)設(shè)定：

10000 AXCONF_MACHAX_ NAME_TAB[0；1；2；3；4；5；6；7；8；9]:X1；Z1；C1；U1；U2；V1；V2；V3；V4；SP1 （機(jī)床軸名稱）

10010 ASSIGN_CHAN_TO_ MODE_GROUP [0]: 1（有效通道）

10010 ASSIGN_CHAN_TO_ MODE_GROUP [1]: 1 （有效通道）

19200 ON_NUM_CHANNELS: 2（選項(xiàng)數(shù)據(jù)，訂貨時(shí)選此功能才能激活）

（2）通道CH1參數(shù)設(shè)定：

20050 A X C O N F_G E O A X_ ASSIGN_TAB[0；1；2]: 1；2；0（定義幾何軸）

20060 AXCONF_GEOAX_NAME_ TAB[0；1]: X；Z（幾何軸名稱）

20070 AXCONF_MACHAX_ USED[0；1；2；3]: 1；2；3；10（通道顯示軸號(hào)）

20080 AXCONF_CHANAX_ NAME_TAB[0；1；2；3]: X；Z；C；SP （通道軸名稱）

（3）通道CH2參數(shù)設(shè)定：

20050 A X C O N F_G E O A X_ ASSIGN_TAB[0；1；2]: 0；0；0（定義幾何軸）

20070 AXCONF_MACHAX_ USED[0；1；2；3；4；5]: 4；5；6；7；8；9 （通道顯示軸號(hào)）

20080 AXCONF_CHANAX_ NAME_TAB[0；1；2；3；4；5]: U1；U2；V1；V2；V3；V4 （通道軸名稱）

3.自適應(yīng)夾持系統(tǒng)夾緊力控制方法

旋風(fēng)銑削機(jī)床以絲杠外圓定位，采用先進(jìn)的夾持定位技術(shù)，旋銑區(qū)域采用自動(dòng)測(cè)力卡爪夾持并與旋銑刀盤同步移動(dòng)，確保工件的夾緊力和定位精度，有利于控制絲杠的加工精度。

（1）系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置。

19310 ON_AXIS_FUNCTION_ MASK: 2H（選項(xiàng)數(shù)據(jù)，訂貨時(shí)選此功能才能激活）

37000 FIXED_STOP_MODE: 1H（運(yùn)行到定點(diǎn)停模式，設(shè)置U1、U2參數(shù)）

37020 FIXED_STOP_WINDOW_ DEF: 2（監(jiān)控窗口，設(shè)置U1、U2參數(shù)）

3 7 0 3 0 F I X E D _ S T O P _ THRESHOLD: 5（檢測(cè)閾值，設(shè)置U1、U2參數(shù)）

（2）夾緊力調(diào)整。通過(guò)調(diào)整夾持裝置電動(dòng)機(jī)輸出力矩的百分比來(lái)調(diào)整工件的夾緊力。其中夾緊參數(shù)和中心架參數(shù)OEM界面如圖 2所示。

（3）夾緊工件程序。以左跟刀架夾持系統(tǒng)的夾緊程序如下：

R2=R1/SQRT(2)+R12

G90 G53 G00 U1=R2+1

G01 U1=R2-3 F500 FXS[U1]=1 FXST[U1]=R10

M30

其中R2為夾緊位置的坐標(biāo)，根據(jù)工件外圓直徑自動(dòng)計(jì)算，R10為夾緊力矩的百分比。

松開(kāi)工件程序。

FXS[U1]=0

G91 G53 G01 U1=1 F1000

G00 G90 U1=0

M30

右跟刀架夾持系統(tǒng)與左跟刀架相似，通過(guò)調(diào)整夾緊參數(shù)R10，控制U1、U2軸電動(dòng)機(jī)輸出力矩，來(lái)調(diào)整工件的夾緊力。

4. 結(jié)語(yǔ)

圖2

采用以上功能滿足了HJ092×80數(shù)控旋風(fēng)銑床加工的要求。雙通道的采用，實(shí)現(xiàn)了工件銑削、工件夾持和支撐同時(shí)進(jìn)行，帶力矩控制的固定點(diǎn)停止功能解決了用伺服電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)實(shí)現(xiàn)夾緊和松開(kāi)工件的目的。外圓定位自適應(yīng)夾持系統(tǒng)，在結(jié)構(gòu)上改變了傳統(tǒng)中心孔定位方式，用工

件外圓作為加工定位面，解決工件加工和使用基準(zhǔn)一致性問(wèn)題，提高了加工精度、刀具使用壽命，解決了旋風(fēng)銑床的關(guān)鍵性問(wèn)題。機(jī)床經(jīng)過(guò)幾年的運(yùn)行，以上功能安全可靠，滿足了該機(jī)床的設(shè)計(jì)要求，使用效果良好。

專家點(diǎn)評(píng)

該文章取材新穎，也比較貼近實(shí)際，較成功的應(yīng)用了西門子系統(tǒng)帶力矩控制的固定點(diǎn)停止功能，使用工件外圓定位的自適應(yīng)夾持裝置解決了對(duì)于長(zhǎng)規(guī)格滾珠絲杠裝夾時(shí)工件中間下垂，銑削加工時(shí)工件的振動(dòng)等問(wèn)題，并且對(duì)系統(tǒng)參數(shù)、通道參數(shù)設(shè)置進(jìn)行了詳盡的描述，該文章具有較強(qiáng)的推廣價(jià)值，對(duì)讀者有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

收稿日期：（20141012）