王其，于海勃，趙訓(xùn)茶，張傳勇，李勇剛

（1.中國(guó)石油集團(tuán)濟(jì)柴動(dòng)力有限公司，山東 濟(jì)南 250306；2.山東勞動(dòng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)制工藝系，山東 濟(jì)南 250306）

SINUMERIK 840Dsl數(shù)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(jī)床的高端數(shù)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(fù)合加工中心、各類磨床及專用機(jī)床在內(nèi)的所有數(shù)控機(jī)床與裝備等，具有多種專用數(shù)控功能和良好的開放性，便于針對(duì)具體數(shù)控裝備進(jìn)行多種深入的二次開發(fā)。以一臺(tái)由德國(guó)HELLER公司生產(chǎn)的MCH300臥式加工中心數(shù)控改造為例，闡述840Dsl數(shù)控系統(tǒng)的幾種功能應(yīng)用，如加工中心的刀具管理、TRANSLINE HMI Pro人機(jī)界面應(yīng)用開發(fā)，并針對(duì)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(jī)床結(jié)構(gòu)

MCH300臥式加工中心的主機(jī)部分是一臺(tái)帶有數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的臥式鏜銑床，數(shù)控軸有工作臺(tái)左右移動(dòng)（X軸）、主軸箱垂直移動(dòng)（Y軸）、主軸前后移動(dòng)（Z軸）、工作臺(tái)回轉(zhuǎn)（B軸）、主軸（SP）和刀庫(kù)定位軸（MX軸），帶有可交換工作臺(tái)，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(duì)值型圓光柵，主軸具有機(jī)械兩檔，通過直接位置編碼器實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)控制。機(jī)床自帶鏈?zhǔn)降稁?kù)，50個(gè)刀位，帶有液壓控制的機(jī)械手用于換刀，機(jī)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(xiàng)功能使其支持6個(gè)數(shù)控軸、2個(gè)通道、2個(gè)方式組，配置OP012 12”彩色TFT顯示器和MCP483 PN機(jī)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(dòng)刀具庫(kù)（虛擬刀庫(kù)）。系統(tǒng)配置HT2手持終端用于對(duì)刀和近距離手動(dòng)操作。各進(jìn)給軸均采用SINAMICS S120書本型模塊驅(qū)動(dòng)1FT7交流伺服電機(jī)，所有伺服電機(jī)自帶的DriveCLiQ接口編碼器均直接接入驅(qū)動(dòng)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(yīng)供電電網(wǎng)電壓有一定波動(dòng)情況下的運(yùn)行。X、Y、Z軸均更換新的HEIDENHAIN LC195型絕對(duì)值光柵尺，所有閉環(huán)測(cè)量裝置均通過SMC20模塊將原光柵尺或編碼器的EnDat信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換接入到DriveCLiQ總線。系統(tǒng)共有12個(gè)測(cè)量系統(tǒng)，故增加一個(gè)NX10.3擴(kuò)展數(shù)控單元。刀庫(kù)裝卸載站配置一只OP08T，通過以太網(wǎng)連接至NCU，為布線和維修方便，增加一只4口工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，將PN轉(zhuǎn)接盒、MCP483PN等集中接入。

3 功能實(shí)現(xiàn)

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(chǎn)中操作和監(jiān)控任務(wù)的機(jī)床操作界面軟件，利用OP面板兩側(cè)的垂直軟鍵實(shí)現(xiàn)多個(gè)手動(dòng)動(dòng)作的操作與顯示，它常用于加工中心的調(diào)整模式下的手動(dòng)刀具交換、可交換工作臺(tái)的手動(dòng)操作等。該軟件功能強(qiáng)大，二次開發(fā)簡(jiǎn)便，通用性較好。圖1為該項(xiàng)目文件運(yùn)行時(shí)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(yùn)行，還需編制相應(yīng)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(diào)用相應(yīng)的程序?qū)崿F(xiàn)軟鍵地址定義、地址譯碼、地址映像等，并根據(jù)實(shí)際機(jī)床控制的需求，編制每個(gè)動(dòng)作對(duì)應(yīng)的邏輯程序，程序內(nèi)容應(yīng)包括前提條件、設(shè)備狀態(tài)、動(dòng)作地址操作、動(dòng)作結(jié)果等。HMI PRO的功能很強(qiáng)大，可以嵌入軸位置、工件坐標(biāo)系等系統(tǒng)變量等，圖1中已放置Z軸位置、Q軸實(shí)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(gè)物理刀庫(kù)，對(duì)于MCH300臥式加工中心來說，其50刀位的鏈?zhǔn)降稁?kù)不帶獨(dú)立的裝卸刀庫(kù)，應(yīng)該適合基本配置的應(yīng)用。但是該機(jī)床需要具備主軸直接手動(dòng)裝卸刀的功能，使用移動(dòng)刀具車放置大刀、長(zhǎng)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?zhǔn)降稁?kù)中，否則會(huì)引起碰撞等事故，所以還需要建立一個(gè)虛擬刀庫(kù)，同時(shí)在MCP上需要設(shè)置手動(dòng)裝卸刀具的確認(rèn)按鈕功能，因此需要配置刀具管理功能選項(xiàng)。刀庫(kù)配置：鏈?zhǔn)轿锢淼稁?kù)號(hào)為1，移動(dòng)式刀具車刀庫(kù)號(hào)為2，刀庫(kù)緩沖區(qū)（包括機(jī)械手爪1、機(jī)械手爪2、備刀座、主軸，共4個(gè)刀位）作為一個(gè)虛擬刀庫(kù)，其刀庫(kù)號(hào)為9998，裝載點(diǎn)作為另一個(gè)虛擬刀庫(kù)，刀庫(kù)號(hào)為9999，該機(jī)床設(shè)置2個(gè)裝載點(diǎn)（裝卸載站、主軸）。

新的Operate支持人機(jī)交互式刀庫(kù)配置，比原來的HMI Advanced更加方便直觀。配置完成后，按“激活數(shù)據(jù)”軟鍵，使刀具管理配置文件生效，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成刀具管理系統(tǒng)PLC與NC的接口數(shù)據(jù)塊（包括DB71、DB72、DB74等）。此時(shí)可以在“參數(shù)”菜單下查看刀具配置的結(jié)果，相應(yīng)的緩沖區(qū)刀位、鏈?zhǔn)降稁?kù)刀位、移動(dòng)式刀具車刀位等均顯示在刀具表和刀庫(kù)目錄中。將裝載、卸載、移位等功能作為后臺(tái)處理方案，不影響機(jī)床主機(jī)部分的加工，刀具準(zhǔn)備和舊刀入庫(kù)均不占用加工時(shí)間，以使機(jī)床的加工效率提高。編制各個(gè)任務(wù)對(duì)應(yīng)的邏輯動(dòng)作PLC程序，各步驟完成激活相應(yīng)的接口信號(hào)通知刀具管理系統(tǒng)響應(yīng)。

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(yīng)用軟件，它安裝在數(shù)控機(jī)床上，根據(jù)不同刀具屬性、不同加工對(duì)象、不同的加工參數(shù)來選擇不同的刀具監(jiān)控方案，每個(gè)監(jiān)控方案中有刀具轉(zhuǎn)速、負(fù)載電流、進(jìn)給速度等參數(shù)，當(dāng)其中某個(gè)預(yù)設(shè)限制值達(dá)到則觸發(fā)系統(tǒng)報(bào)警，同時(shí)通過程序響應(yīng)機(jī)床安全退出或中斷加工狀態(tài)，起到保護(hù)機(jī)床和刀具的作用。應(yīng)用OEM軟件開發(fā)包開發(fā)滿足監(jiān)控方案添加/復(fù)制/刪除、方案元素?cái)?shù)值設(shè)定/修改、刀具類型與屬性選擇等界面，并具有人機(jī)交互幫助功能。每個(gè)方案編號(hào)可以與刀具刀沿OEM自定義數(shù)據(jù)相鏈接，也就是說，每次新建刀具時(shí)均可在其OEM自定義數(shù)據(jù)塊（$TC_DPC1和$TC_DPC2）中設(shè)置其刀具監(jiān)控方案編號(hào)，然后在PLC程序中編制相應(yīng)的監(jiān)控值，并實(shí)時(shí)與實(shí)際值比較，若達(dá)到限制值則觸發(fā)相應(yīng)的異步子程序響應(yīng)刀具退出或加工暫停等。

4 結(jié)語(yǔ)

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