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用西门子840D系统改造丰田七砂轮曲轴磨床

发表时间:2009-04-29 08:37:56; 来源:news_from
摘要:本文介绍西门子840D系统在丰田七砂轮磨床改造中的应用,主要阐述其硬件配置、运用PLC及NC相结合的方法来实现曲轴最终尺寸控制.

关键词:840D系统.

综述:西门子840D是机床的CNC控制系统。我们可以通过CNC控制系统的操作面板执行下列基本功能:开发和修改零件程序;执行零件程序;手动控制;读入/读出零件程序和数据;编辑程序数据;报警显示和取消报警;编辑机床数据。本文主要介绍一下用西门子840D系统实现对日本丰田七砂轮曲轴磨床机床的改造以及利用MAPOSS测量仪器仪表配合NC功能完成控制。

一、概况:

      我公司原有一台丰田七砂轮曲轴精磨磨床机床,产于上世纪七十年代,用TOYODA数控系统配合TOYODA PLC及MAPOSS测量仪器仪表控制。近几年由于元器件老化,加工精度降低,设备故障率增高,备件价格贵且难以买到。为了保证产品质量,提高工作效率,降低生产成本,我公司决定改造其控制系统。

机床的配置为:砂轮进给直线轴X、靠模修整器横向移动直线轴V。

二、控制系统的配置:

根据实际情况,我公司选择了西门子840D,这是因为它具有以下的特点:

NC编程:运用用户变量、系统变量、间接编程、算术三角函数、比较或逻辑运算、程序跳转、程序调用、宏调用等给机床的使用带来了极大的自由度。

使用配置工具或利用Windows技术改变人机界面使操作界面适合于不同的控制任务。窗口式的设计使操作者可以对过程进行全面监控。

SIMODRIVE  611驱动可以实现进给轴驱动,闭环控制以及主轴控制等,该驱动适用于恶劣的工作环境,对灰尘、腐蚀性液体、冲击、振动及热冲击的抵抗力很强。

1、系统的硬件配置

本机床系统有以下配置:

        UE:6SN1146-1AB00-0BA1,5KW
        NCU571.3:6FC5357-0BB11-0AE0
        FDD1:6SN1118-0DM23-0AA0
        MCP:6FC5203-0AD10-0AA0
        PCU20:6FC5210-0DF00-0AA0
        OP010:6FC5203-0AD10-0AA0

各轴电机:

        X轴:1FK7061-7AH71-1AA0
        V轴:1FK7042-5AH71-1EB0

系统的配置图如下所示:

2、系统参数配置

机床坐标轴名

           MD10000: AXCONF_MACHAX_NAME_TAB[0]=X1
         AXCONF_MACHAX_NAME_TAB[1]=V1

驱动逻辑号

           MD13010 : DRIVE_LOGIC_NR[0]=1
                     DRIVE_LOGIC_NR[1]=2

3、轴参数的设定

      轴所需设定的主要机床数据如下:

       1)MD30110  CTRLOUT_MODULE_NO :设定值指定驱动器号/模块号,可根据驱动器的排列顺序来确定该参数的值。
       2)MD30130  CTRLOUT_TYPE :该数据用来确定设定值输出类型,取值范围为1或者0。
       3)MD30200  NUM_ENCS:编码器数量
       4)MD30220  ENC_MODULE_NO:实际值指定,驱动器号/测量电路号。
       5)MD30230  ENC_INPUT_NO:编码器输入号,输入到驱动器子模块/测量电路板的号码。
       6)MD30300  IS_ROT_AX:是否旋转轴。
       7)MD31000  ENC_IS_LINEAR:直接测量系统(光栅尺)。
       8)MD31010  ENC_GRID_POINT_DIST:直接测量系统(光栅尺)的栅距(分割点)。
       9)MD31020  ENC_RESO:编码器分辨率,即编码器的线数。可根据不同的编码器赋该参数不同的值。
       10)MD31030  LEADSCREW_PITCH:丝杠螺距。可根据丝杠螺距的大小输入相应的数值。
       11)MD31050  DRIVE_AX_RATIO_DNOM:负载变速箱分母。
       12)MD31060  DRIVE_AX_RATIO_NUMERA:负载变速箱分子。
       13)MD32000  MAX_AX_VELO:最大轴速度。
       14)MD32010  JOG_VELO_RAPID:在JOG方式下的快速移动速度。
       15)MD32020  JOG_VELO:点动速度。
       16)MD32100  AX_MOTION_DIR:轴移动方向。
       17)MD32110  ENC_FEEDBACK_POL:实际值符号(编码器反馈极性)。

根据各轴的实际情况,所设置的参数如下:

●X轴配置:该轴电机内置增量式编码器,分辨率为2048,齿轮连接非直

连,传动比为200:3,丝杠螺距为10mm。

            机床数据设置:MD30200=1
                MD30230=2
                MD30300=0
                MD31000=0
                MD31010=0.01
                MD31030=10
                MD31050=3
                MD31060=200

●V轴配置:该轴电机内置绝对值编码器,分辨率为2048,齿轮连接非直连,传动比为3:2,,丝杠螺距为6mm。

            机床数据设置:MD30200=2
                MD30220=2
                MD30230=1
                MD30300=0
                MD31000=0
                MD31020=2048
                MD31030=6
                MD31050=2
                MD31060=3

        以上的参数配置后,再根据机床各轴的性能要求对诸如机床手动速度、轴加速度、回参考点方式等加以调整,使其满足机床的要求。

三、工件加工尺寸的控制:

        这台老式曲轴磨床的最终加工尺寸的控制由MAPOSS测量仪完成。我们所选的MAPOSS测量仪必须在曲轴外圆磨圆以后才能与工件接触。在此之前,砂轮(X轴)的进给量由伺服电机控制。在此首先介绍运用PLC及NC相结合的方法来控制最终加工尺寸:

1、加工过程: 

  1)上料
  2)工件夹紧
  3)轴向定位
  4)工件旋转
  5)砂轮架由油缸推动快进
  6)砂轮架由伺服电机带动快进(X轴),接近工件后变为慢进
  7)轴肩磨削
  8)圆角磨削
  9)轴颈粗磨
  10)轴颈磨圆后(加工余量为0.5mm)MAPOSS测量仪进
  11)MAPOSS测量仪测得加工余量AC2为0.1mm时中心架进,精磨开始
  12)测得加工余量AC1为0.05mm时超精磨
  13)测得加工余量AC0为0时光磨
  14)光磨6秒钟后砂轮架快退回到原位
  15)工件停止旋转,测量仪、中心架回原位
  16)工件松开
  17)砂轮开始自动修整,同时下料、上料

2、工作特点:

     本机床在工作的过程中具有以下特点:

    1)伺服电机粗定位,MAPOSS测量仪精定位:砂轮(X轴)的进给量开始由伺服电机控制。曲轴外圆磨圆以后MAPOSS测量仪才能与工件接触。量仪与工件接触后各阶段砂轮(X轴)的进给速度及退刀时间均由量仪控制。

    2)自动预置新的加工零点R0:由于砂轮每加工一支曲轴就要修整一次,砂轮直径就会减小一点,砂轮外圆与工件外圆的距离就增大一点。因此每次加工曲轴砂轮架(X轴)快进的距离都是不一样的,所以每加工完一支曲轴,都要重新预置新的加工零点R0。

3、如何实现加工的控制

基于机床的状况和使用特点,采用PLC程序和NC控制相结合的方法,对加工的控制就很简单。

    3.1、加工尺寸的控制:

MAPOSS测量仪与工件接触后,测得加工余量为AC2、AC1、AC0时,分 别向PLC输入点发高电平信号。系统收到这些信号后, X轴执行删除余程命令,实现用MAPOSS测量仪来控制加工的目的。

    3.2、自动预置新的加工零点R0:

每加工完一支曲轴,系统在X轴后退以前,记下X轴当前的坐标值,用来预置新的加工零点R0.

四、结束语:

丰田七砂轮曲轴精磨磨床机床的控制系统改造完成后,机床操作简单,故障率降低。所加工的产品各项指标均优于原来的指标,得到了公司的认可。

由于本机床动作简单, 840D数控系统在机床控制领域中的强大功能还没有充分发挥出来。我坚信,840D系统在全球各个领域中的应用将越来越广。

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