摘要：根據(jù)FB260+TDV140數(shù)控銑鏜床的特點(diǎn)，重點(diǎn)闡述了改造中實(shí)現(xiàn)手動(dòng)加工、B軸定位、滑枕低頭補(bǔ)償、MP3探針、定期提醒、四種速度點(diǎn)動(dòng)等功能的方法。
FB260+TDV140數(shù)控銑鏜床原由德國(guó)SCHIESS公司與武漢重型機(jī)床廠聯(lián)合制造，機(jī)床配置回轉(zhuǎn)工作臺(tái)TDV140。主要技術(shù)參數(shù)：機(jī)床總高12000mm，床身長(zhǎng)度23000mm，滑枕截面620×740mm，鏜軸直徑Φ260mm，銑軸直徑Φ400mm；X軸行程19900mm，Y軸行程6000mm，鏜軸行程1700mm，滑枕行程1600mm?；剞D(zhuǎn)臺(tái)TDV140臺(tái)面規(guī)格5000×8000mm，最大承重140t。
該機(jī)床原采用SIEMENS 8MC數(shù)控系統(tǒng)，直流伺服電機(jī)及模擬驅(qū)動(dòng)裝置，邏輯控制采用系統(tǒng)內(nèi)嵌的S5 PLC，具有強(qiáng)大的手動(dòng)加工、安全連鎖和各種輔助功能。因系統(tǒng)機(jī)械多項(xiàng)精度超差、主軸靜壓軸承受損、設(shè)備老化、故障頻繁，需進(jìn)行系統(tǒng)機(jī)電設(shè)備改造，針對(duì)該機(jī)床特點(diǎn)，準(zhǔn)確診斷機(jī)床問(wèn)題所在，量身定制改造方案，設(shè)計(jì)上結(jié)合原機(jī)床的操作功能與習(xí)慣，操作形式上維持不變以使操作人員易于掌握，以盡快地適應(yīng)新機(jī)床的使用。如何實(shí)現(xiàn)安全可靠、功能完善且操控性強(qiáng)的改造，修正原機(jī)床不足，結(jié)合新系統(tǒng)的強(qiáng)大功能特點(diǎn)使機(jī)床重新煥發(fā)青春活力，高效率低故障運(yùn)行是面臨的直接問(wèn)題。
因新舊數(shù)控系統(tǒng)的差異和改造后設(shè)備結(jié)構(gòu)的變化，要達(dá)到這個(gè)目的，需采用多種技術(shù)手段，下面就其中幾個(gè)主要方面進(jìn)行闡述，以供同類(lèi)型機(jī)床改造參考。
1. 手動(dòng)加工等功能按鈕
手動(dòng)加工包括手動(dòng)攻絲、銑銷(xiāo)螺紋、鏜孔及面、線等的加工，主軸及進(jìn)給速度隨意設(shè)定，并可根據(jù)需要選擇每分鐘進(jìn)給或每轉(zhuǎn)進(jìn)給模式。同時(shí)也可任意速度主軸、進(jìn)給的點(diǎn)動(dòng)與連動(dòng)功能，使操作更方便靈活。
雖然840D中提供了“手動(dòng)數(shù)據(jù)”功能可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)加工，但操作不太直觀且功能不完整。根據(jù)操作需求，在新的系統(tǒng)中開(kāi)發(fā)以功能按鈕結(jié)合數(shù)顯表等實(shí)現(xiàn)手動(dòng)加工的功能，操作上延襲了原8MC系統(tǒng)的方式，使操作人員更易接受和掌握。
設(shè)置兩只精密電位器、兩只4位半數(shù)顯表連接至模擬量輸入輸出模塊，分別作為主軸和進(jìn)給的速度給定與顯示，通過(guò)PLC程序控制顯示范圍，對(duì)于主軸來(lái)說(shuō)，不同的檔位對(duì)應(yīng)的速度范圍不一樣。經(jīng)過(guò)程序的精確計(jì)算將運(yùn)算結(jié)果給定到數(shù)控系統(tǒng)，使實(shí)際運(yùn)行速度與顯示給定的一致。
主操作箱除OP面板、MCP外設(shè)置了功能按鈕，分布在面板下部、箱體側(cè)板和MCP自定義按鍵區(qū)，其中面板下部區(qū)域功能按鈕布置如圖1。由圖可知，左上部分為主軸操作區(qū)，具有轉(zhuǎn)速給定／顯示、電流顯示、換檔、點(diǎn)動(dòng)／連動(dòng)等功能；右上部分為進(jìn)給操作區(qū)，具有軸選擇、速度給定／顯示、四種速度點(diǎn)動(dòng)、每分鐘／每轉(zhuǎn)進(jìn)給切換、點(diǎn)動(dòng)／連動(dòng)等功能。二者結(jié)合使用，即可實(shí)現(xiàn)多種手動(dòng)加工功能。
左下部分為附件及刀具操作區(qū)，并增加了緊急限位By-Pass按鈕、滑枕低頭補(bǔ)償顯示。中間部分為操作平臺(tái)、回轉(zhuǎn)臺(tái)、換刀確認(rèn)、快停等功能按鈕。右下部為綜合區(qū)，有機(jī)床啟停、手動(dòng)、液壓站定時(shí)啟動(dòng)、刪除余程、Dry空運(yùn)行按鈕和按鈕鎖。
箱體側(cè)板為輔助功能區(qū)，有排屑、冷卻液、照明、操作箱風(fēng)扇按鈕。MCP自定義區(qū)有故障復(fù)位、報(bào)警消音、過(guò)濾網(wǎng)清洗確認(rèn)、換附件確認(rèn)、探針復(fù)位等按鈕。
這些功能按鈕結(jié)合MMC操作，已涵蓋了原機(jī)床所有操作功能，并增加了多種人性化、實(shí)用功能，使加工操作更方便快捷。
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2. 機(jī)床安全連鎖
該機(jī)床結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、附件較多，機(jī)械行程和各軸扭矩較大，液壓系統(tǒng)復(fù)雜，因此其安全連鎖也較多，包括上電硬線連鎖、機(jī)床啟停連鎖、軸運(yùn)動(dòng)與液壓潤(rùn)滑連鎖、油溫控制連鎖、拉刀記憶與連鎖、附件連鎖、工作臺(tái)與立柱連鎖、防撞鎖止、操作平臺(tái)安全鎖、操作功能互鎖等。其中上電硬線連鎖、操作功能互鎖等原存在不足，要保持其嚴(yán)格的安全連鎖且去除缺陷，需完全消化原PLC程序，8MC各接口信號(hào)及DB塊各變量含義，然后重新編寫(xiě)新的PLC控制程序。
經(jīng)過(guò)系統(tǒng)改造，機(jī)床安全連鎖完善，其中大多數(shù)連鎖條件參照原機(jī)床定義，并修改完善了諸如防撞鎖止、上電連鎖、操作平臺(tái)安全鎖及操作功能互鎖等安全保護(hù)功能。
3． 兩種方式B軸定位
原機(jī)床TDV140旋轉(zhuǎn)4×90°定位是通過(guò)渦流計(jì)實(shí)現(xiàn)的，經(jīng)改造增加HEIDENHAIN ROD880C圓光柵實(shí)現(xiàn)任意角度定位。現(xiàn)要求這兩種定位方式均可使用，面臨的問(wèn)題是怎樣實(shí)現(xiàn)兩種定位方式并存且保證定位精度。
選用611U伺服模塊作為B軸驅(qū)動(dòng)控制，增加ANA模擬軸模塊連接圓光柵的位置反饋，經(jīng)過(guò)計(jì)算通過(guò)ANA的模擬量輸出實(shí)現(xiàn)B軸的數(shù)控定位；連接渦流計(jì)、渦流變送器及電壓調(diào)整板，將渦流計(jì)的放大信號(hào)與ANA的模擬電壓信號(hào)切換給定到611U即可實(shí)現(xiàn)兩種方式的并存，切換開(kāi)關(guān)安裝在控制柜內(nèi)。
渦流計(jì)定位方式：操作方法與原機(jī)床一致，當(dāng)B軸運(yùn)行至渦流檢測(cè)范圍內(nèi)，即切換B軸給定信號(hào)源為渦流計(jì)，定位完成后恢復(fù)ANA模塊的給定。定位準(zhǔn)確性可通過(guò)渦流變送器的指針判斷，根據(jù)工件加工的精度要求靈活掌握。渦流計(jì)定位只對(duì)4×90°有效。
圓光柵定位時(shí)，B軸是標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)控軸，直接通過(guò)編程語(yǔ)句來(lái)實(shí)現(xiàn)任意角度定位。
4． 兩種方式滑枕硬件低頭補(bǔ)償
滑枕低頭量是數(shù)控銑鏜床的一項(xiàng)重要精度指標(biāo)，補(bǔ)償手段多種多樣，有機(jī)械式補(bǔ)償（如SKODA W系列鏜床）、軟件軸交叉補(bǔ)償、鋼絲繩應(yīng)力補(bǔ)償、電液比例閥補(bǔ)償?shù)?，其中軟件補(bǔ)償不能滿足深孔加工等要求，采用硬件補(bǔ)償是FB260的特性要求。
增加一套電液比例閥控制裝置，通過(guò)PLC讀取滑枕行程，經(jīng)計(jì)算后輸出模擬量控制比例閥輸出壓力，可實(shí)現(xiàn)雙向及多點(diǎn)補(bǔ)償，效果較好。
保留原有的一套鋼絲繩應(yīng)力補(bǔ)償控制裝置，與新的PLC系統(tǒng)連接，對(duì)其補(bǔ)償控制單元和各點(diǎn)電位器重新整定，通過(guò)不斷的電壓比較輸出至換向閥控制輸出壓力，可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)補(bǔ)償。因電位器等電子元件受溫度、濕度等外界因素影響，其補(bǔ)償效果有一定的局限性。
對(duì)各種附件分別進(jìn)行檢測(cè)和補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)多條曲線自動(dòng)補(bǔ)償，從而達(dá)到理想的補(bǔ)償效果。
兩種補(bǔ)償方式可通過(guò)安裝在控制柜內(nèi)的“滑枕低頭補(bǔ)償方式”開(kāi)關(guān)切換選擇其中一種生效，給降低機(jī)床故障時(shí)間和設(shè)備維護(hù)維修帶來(lái)了便利。
5． MP3探針
原機(jī)床帶有一套英國(guó)雷尼紹MP3探針，一直未用。經(jīng)過(guò)這次改造，需將MP3與840D連接并實(shí)現(xiàn)工件測(cè)量功能。
MP3探針系統(tǒng)由MP3探針、OMM接收單元、MI4接口單元、電阻板及相應(yīng)的電纜組成。安裝電池、電纜，檢查、調(diào)整各單元設(shè)備設(shè)置，測(cè)試探針信號(hào)發(fā)送／接收正常，用西門(mén)子840D探針專(zhuān)用電纜6FX8002-4AA41-1**0通過(guò)NCU電纜分配盒的9／10接口連接探針信號(hào)至NCU，硬件連接完成。此時(shí)可通過(guò)PLC接口信號(hào)DB10.DBX107.0診斷探針的狀態(tài)。
在MCP上設(shè)置一個(gè)“探針復(fù)位”按鈕，并相應(yīng)設(shè)置其編程代碼M80，便于操作。
設(shè)置機(jī)床參數(shù)MD18118／18120／18140／18150／18230／18242／18320／19250／28040等，重新分配N(xiāo)CU內(nèi)存，增大系統(tǒng)用戶存儲(chǔ)器／變量／緩沖區(qū)等配置。編制工件測(cè)量探針用全局變量文件并輸入到系統(tǒng)并激活，此時(shí)可在MMC中顯示所有定義的變量。
輸入雷尼紹探針專(zhuān)用子程序庫(kù)文件，并將要使用的子程序裝載到NCU內(nèi)存中，運(yùn)行L9800對(duì)探針系統(tǒng)初始化，設(shè)置相應(yīng)的變量值后即可進(jìn)行探針的校準(zhǔn)了。
其校準(zhǔn)程序有L9801／L9802／L9803／L9804，分別用建立探針長(zhǎng)度／球體中心偏離值／球體半徑／球體矢量半徑，校準(zhǔn)后的值存放在對(duì)應(yīng)探針的刀具參數(shù)和全局變量中。此時(shí)可運(yùn)行測(cè)量子程序進(jìn)行工件測(cè)量了。
6．定期提醒功能
定期提醒功能可用于多種場(chǎng)合，根據(jù)機(jī)床運(yùn)行時(shí)間的累計(jì)確定定期維護(hù)提醒的激活，如定期過(guò)濾網(wǎng)清洗、電柜維護(hù)等。定期檢查器件、設(shè)備定期維護(hù)等是人性化設(shè)計(jì)的一種體現(xiàn)，為用戶提供了較友好的維護(hù)溝通。
下面是一個(gè)定期提醒功能程序的例子，可直接用于SIEMENS S7 PLC。
A M 100.6 ;機(jī)床啟動(dòng)完成
AN M 101.2
L S5T#2H
SD T 50
A T 50
= M 101.2
A M 100.6
FP M 101.4
O
A I 6.1
A I 6.3
O M 101.1
= M 101.5
A M 101.2
AN M 101.3
= L 0.0
A(
A L 0.0
JNB _001
L DB100.DBW 130
L 1
-I
T MW 42
AN OV
SAVE
CLR
_001: A BR
)
JNB _002
L MW 42
T DB100.DBW 130
_002: A L 0.0
A(
L MW 42
L 1
)
S M 101.3
A I 6.3 ；清洗確認(rèn)
A I 6.1 ；故障確認(rèn)
O M 101.1
= L 0.0
A L 0.0
BLD 102
R M 101.3
A L 0.0
BLD 102
= Q 4.3
A L 0.0
JNB _003
L 720
T DB100.DBW 130
_003: A M 101.3
= DB2.DBX 184.5 ；MMC提示信息
A I 6.1
= Q 4.1
7．四種速度點(diǎn)動(dòng)
SIEMENS 840D系統(tǒng)提供了進(jìn)給軸／旋轉(zhuǎn)軸四種固定速度的接口，通過(guò)PLC激活相應(yīng)的信號(hào)，即可實(shí)現(xiàn)四種速度點(diǎn)動(dòng)／連動(dòng)功能。
機(jī)床參數(shù)：MD12202[0]~[3]分別定義直線軸四種不同的速度，MD12204[0]~[3]分別定義旋轉(zhuǎn)軸四種不同的速度。如MD12202可分別設(shè)置為3／30／600／4000mm/min等。
對(duì)應(yīng)軸接口信號(hào)DB31~61.DBX3.2～DBX3.5分別用于激活上面定義的四種固定速度。具體PLC程序這里就不贅述了。
