摘要：MC340/TWIN是德國(guó)STAMA公司生產(chǎn)的雙主軸加工中心，由于燒毀嚴(yán)重，無(wú)法恢復(fù)原系統(tǒng)。技術(shù)改造工作采用德國(guó)SIEMENS-840D控制系統(tǒng)更換原機(jī)床配置的日本FANUC-15M系統(tǒng)，涉及到大量的硬、軟件技術(shù)，文章簡(jiǎn)略地介紹了有關(guān)的改造方法和技術(shù)。
MC340/TWIN雙主軸加工中心是1994年從德國(guó)STAMA公司進(jìn)口的數(shù)控機(jī)床，因意外事故幾乎報(bào)廢。我們除對(duì)損壞的機(jī)械部件修理復(fù)原外，還對(duì)其控制系統(tǒng)進(jìn)行了更新式設(shè)計(jì)、改造。
1 CNC八軸控制
- 原八軸的控制
- 現(xiàn)八軸的控制
- PLC控制軸改為CNC控制軸的一些特殊性
- 原控制系統(tǒng)是日本FANUC-15M系統(tǒng)，其CNC部分直接控制兩個(gè)主軸(一個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)主軸，即C軸)和X、Y、Z、A四個(gè)軸，并通過(guò)PLC和STAMA公司自制的接口控制回轉(zhuǎn)工作臺(tái)(C2軸)、刀庫(kù)軸(Q軸)和直線運(yùn)動(dòng)式機(jī)械手軸(V軸)。PLC共占用I/O點(diǎn)為288/192點(diǎn)。C2軸(回轉(zhuǎn)式工作臺(tái))分為兩個(gè)工作區(qū)，在一個(gè)工作區(qū)進(jìn)行加工的同時(shí)，另一個(gè)工作區(qū)可以裝卸工件，兩個(gè)工作區(qū)每循環(huán)一次就可以加工出八個(gè)工件。另外原機(jī)床的換刀有其特殊性，由Q軸(刀庫(kù)軸)、V軸(直線式機(jī)械手軸)和Z軸等三個(gè)軸共同配合完成換刀動(dòng)作。其過(guò)程是：當(dāng)有換刀指令時(shí)，Q軸轉(zhuǎn)到正確刀位，V軸帶著機(jī)械手到刀庫(kù)取刀，再移動(dòng)到主軸端，機(jī)械手的另兩爪抓住主軸上的兩把刀，然后通過(guò)Z軸向上運(yùn)動(dòng)來(lái)拔刀，機(jī)械手轉(zhuǎn)動(dòng)180°以后，Z軸又下降將新刀插入主軸，V軸再回到刀庫(kù)將換下的刀插入刀庫(kù)原位置。所以換刀全過(guò)程涉及到三個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)和機(jī)械手的各種動(dòng)作，以及大量的電磁閥和位置檢測(cè)元件，整個(gè)動(dòng)作比較復(fù)雜。
圖1 |
圖2 |
- 由于FANUC-15M系統(tǒng)是對(duì)我國(guó)禁運(yùn)的產(chǎn)品，經(jīng)調(diào)研論證后，我們選用了四軸聯(lián)動(dòng)的SIEMENS-840D數(shù)控系統(tǒng)。主軸和X、Y、Z、A軸直接由CNC控制，可完全達(dá)到原來(lái)的技術(shù)指標(biāo)。而原PLC控制的C2、Q、V三軸，也改為CNC直接控制。由于選用的西門子標(biāo)準(zhǔn)操作面板不占用外部I/O點(diǎn)，同時(shí)伺服電動(dòng)機(jī)內(nèi)部有專用的位置編碼器，節(jié)約了大量的I/O點(diǎn)，所以PLC控制占用的I/O點(diǎn)減少到192/160點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)了原機(jī)床的PLC功能，優(yōu)化了PLC程序，改善了原機(jī)床的功能。具體方法如下述。
- Q軸的控制方法 原Q軸的控制框圖如圖1。當(dāng)CNC發(fā)出換刀指令時(shí)，通過(guò)PLC送出數(shù)字指令和各控制信號(hào)，通過(guò)接口電路轉(zhuǎn)化為模擬指令，再通過(guò)西門子驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。隨刀庫(kù)同步轉(zhuǎn)動(dòng)、且對(duì)應(yīng)56把刀的絕對(duì)編碼器ENC2將刀號(hào)的粗位置反饋回PLC，達(dá)到粗定位的目的，然后再由精密電位器：來(lái)精確定位，進(jìn)而進(jìn)行后續(xù)的換刀工作。在此機(jī)械傳動(dòng)鏈中，以上兩個(gè)位置傳感器均不安裝于電動(dòng)機(jī)內(nèi)。機(jī)械傳動(dòng)鏈?zhǔn)疽鈭D如圖2。
- 經(jīng)過(guò)多級(jí)齒輪和蝸桿、蝸輪傳動(dòng)，電動(dòng)機(jī)與絕對(duì)編碼器(ENC2)的傳動(dòng)比為157.357/1，而電動(dòng)機(jī)與精密電位器(R)的傳動(dòng)比為2.81/1，均不為整數(shù)。與系統(tǒng)配套的伺服電動(dòng)機(jī)內(nèi)裝有增量編碼器，但用來(lái)確定刀具位置就不合適了，因?yàn)槠錄](méi)有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。在分析了整個(gè)刀庫(kù)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和編碼器特性后，我們采用了外置增量式編碼器，安裝于電位器R的位置，即編碼器與刀庫(kù)的傳動(dòng)比為56:1，這樣就可以像X、Y、Z、A軸一樣，方便地回到參考刀位(定為1號(hào)刀)，且每一刀位又和編碼器有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，這種對(duì)應(yīng)精度又因CNC的128倍頻的作用而勝于原精密電位器定位，從而達(dá)到了粗精定位兩種目的，實(shí)現(xiàn)了刀庫(kù)軸的功能。
- V軸的控制方法 原控制框圖類似于Q軸控制圖，只是沒(méi)有電位器精定位。V軸位置由絕對(duì)編碼器(ENC2)來(lái)檢測(cè)。本次改造中V軸的控制也采用直接由CNC控制。由于V軸藏于主軸立柱腔內(nèi)，不便返回參考點(diǎn)，必須要有位置記憶，因此我們選用了與840D配套的絕對(duì)位置編碼器來(lái)覆蓋V軸的全行程，再配合西門子電動(dòng)機(jī)內(nèi)置位置編碼器共同完成V軸的精確定位，達(dá)到
