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摘要：本文主要講述了西門子840D數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)定值交換(SetpointExchange)功能，并結(jié)合作者本人已經(jīng)成功完成的用戶一臺普通斯科達(dá)W200HC落地銑鏜床機(jī)電數(shù)控化改造項(xiàng)目，講述了840D數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)定值交換功能在設(shè)備數(shù)控化改造中的具體應(yīng)用，以求拋磚引玉。文中簡述了該機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)、電氣控制系統(tǒng)的軟硬件配置及電氣系統(tǒng)的硬件連接；重點(diǎn)講述了與設(shè)定值交換功能有關(guān)的參數(shù)設(shè)置及PLC控制程序的設(shè)計(jì)；最后講述了設(shè)定值交換時(shí)軸參考點(diǎn)的建立及軸誤差補(bǔ)償?shù)取?/span>
有些機(jī)床設(shè)備，其中的兩根或者幾根軸共用一套伺服電機(jī)及驅(qū)動裝置，通過電磁離合器或電磁閥液壓切換，使該臺電機(jī)可分別驅(qū)動各個(gè)軸的運(yùn)動，如：可通過主軸電機(jī)切換驅(qū)動附件銑頭的分度旋轉(zhuǎn)；80年代末捷克產(chǎn)斯科達(dá)落地銑鏜床，其Z軸(鏜桿)和W軸(方滑枕)共用一套電機(jī)進(jìn)行切換驅(qū)動。對于普通機(jī)床來講，電氣控制上很容易實(shí)現(xiàn)；對于數(shù)控機(jī)床來講，不僅要考慮各個(gè)軸位置給定輸出的切換，還要同時(shí)考慮各個(gè)軸位置反饋信號輸入的切換，實(shí)現(xiàn)起來很麻煩。對于模擬量式(指給定信號)的數(shù)控系統(tǒng)及伺服裝置，可以用中間繼電器切換，但在切換瞬間容易引起位置脈沖的混亂。對于通過總線連接數(shù)字式(指給定信號)的數(shù)控系統(tǒng)及伺服裝置，就無能為力了。西門子840D數(shù)控系統(tǒng)有了設(shè)定值交換(Setpoint Exchange)功能，這個(gè)問題就迎刃而解了。下面結(jié)合我公司已經(jīng)成功完成的用戶一臺斯科達(dá)SKODA W200HC普通落地銑鏜床的機(jī)電數(shù)控化改造項(xiàng)目來具體說明該功能的應(yīng)用。
1． 機(jī)械結(jié)構(gòu)簡要說明
原機(jī)床下滑座移動(X軸)為普通齒條傳動，現(xiàn)改為雙齒輪齒條傳動，采用進(jìn)口齒條，重新設(shè)計(jì)制造可調(diào)整傳動間隙的齒輪箱，為了提高控制精度，在床身上安裝海德漢帶距離碼的光柵尺LB382C，為保證X軸行程不變，在床身尾端增接一段支架。
原機(jī)床主軸箱上下(Y軸)的滾珠絲杠保留，重新設(shè)計(jì)制造Y軸傳動箱，為了提高控制精度，在立柱上安裝海德漢帶距離碼的光柵尺LB382C。增加主軸箱上下移動的拖鏈。
原機(jī)床鏜桿移動(Z軸)和方滑枕移動(W軸)共用一個(gè)傳動箱及電機(jī)，但有各自的傳動滾珠絲桿，通過離合器切換，并有離合器切換到位檢測開關(guān)?，F(xiàn)滾珠絲桿、切換離合器及檢測開關(guān)全部保留，重新設(shè)計(jì)制造共用減速箱。在Z軸及W軸絲桿尾端各增加安裝絕對值位置編碼器一件。
原主軸直流電機(jī)保留，取消原用于攻絲的一套復(fù)雜掛輪機(jī)構(gòu)，加裝主軸編碼器，以完成主軸定向和剛性攻絲螺紋加工等。
各軸驅(qū)動電機(jī)更換為西門子1FT6系列交流伺服電機(jī)，重新設(shè)計(jì)制造伺服電機(jī)安裝接口。下圖是Z/W軸的傳動示意圖。
2．電氣控制系統(tǒng)硬件說明
840D系統(tǒng)配置∶NCU572.5(Celeron 650MHz 集成于系統(tǒng)的PLC-CPU PLC317-2DP) ，PCU50(1.2GHz/256MB/Windows XP ProEmbsys)，OP012(30.7cm/12.1”TFT 分辨率800X600 帶鼠標(biāo))。鏜桿主軸旋轉(zhuǎn)∶840D-ANA模塊，西門子6RA70直流調(diào)速裝置(280A)，安裝西門子主軸編碼器6FX2001-3CC50(5V/正弦波/2500線)。整套611D伺服裝置配電源模塊36/47KW(6SN1145-1BA02-0CA1)，西門子原裝進(jìn)線電抗器和濾波器。X軸∶驅(qū)動電機(jī)為1FT6136-6AB71-4AA1（1500轉(zhuǎn)/88NM），功率模塊6SN1123-1AA00-0EA1(單軸56/112A)，控制模塊(6SN1118-0DM33-0AA1)，安裝海德漢LB382C光柵尺。Y軸∶驅(qū)動電機(jī)為1FT6134-6AB71-4AB1（1500轉(zhuǎn)/75NM），功率模塊6SN1123-1AA00-0DA1(單軸28/56A)，控制模塊(6SN1118-0DM33-0AA1)，安裝海德漢LB382C光柵尺。Z/W軸∶驅(qū)動電機(jī)為1FT6108-8AB71-4AA1（1500轉(zhuǎn)/61NM），功率模塊6SN1123-1AA00-0DA1(單軸28/56A)，控制模塊(6SN1118-0DM33-0AA1)，Z軸和W軸各安裝海德漢絕對值編碼器(ROQ425/EnDat2.2/512線多圈)。
3．系統(tǒng)軟件說明
設(shè)定值交換(Setpoint Exchange)是西門子840D系統(tǒng)的一個(gè)選擇功能，必須作為特殊選件單獨(dú)訂貨，其訂貨號為：6FC5251-0AE76-0AA0，一旦選訂了該特殊功能，相應(yīng)的選件參數(shù)位就被設(shè)置，相應(yīng)的選件功能軟件就和840D系統(tǒng)軟件一起被寫入到PCMCIA卡，系統(tǒng)工作時(shí)，該卡必須插入在NCU單元的相應(yīng)插槽中。
4．電氣系統(tǒng)硬件連接示意圖
特別注意：Z軸全閉環(huán)的絕對值編碼器信號從Z/W裝置的第二測量口(-X421)接入，而W軸的絕對值編碼器信號從ANA模塊的第二軸測量口(-X102)接入。主軸編碼器信號從ANA模塊的第一軸測量口(-X101)接入。應(yīng)將ANA模塊的第二軸設(shè)為模擬軸(即沒有相應(yīng)的實(shí)際驅(qū)動及電機(jī))，并讓其在屏幕上不顯示出來。
5．參數(shù)設(shè)置說明
按上述系統(tǒng)的硬件配置及連接，設(shè)置好系統(tǒng)通用參數(shù)、通道參數(shù)及軸參數(shù)等。除此之外，應(yīng)特別注意下列參數(shù)：
Z軸：MD63750[0]=4----------與第一根軸交換的軸號(4表示是W軸)
MD63750[1]=0----------與第二根軸交換的軸號
MD63750[2]=0----------與第三根軸交換的軸號
W軸：MD30130=0
MD30350=1
6．PLC控制程序
軸切換的接口信號
Network：1 軸進(jìn)給倍率修調(diào)生效
{#NextPage#}
SET
= “Axis3-Z”．A_Oractive
= “Axis4-W”．A_ORactive
Network：2 軸位置測量系統(tǒng)2選擇
SET
= “Axis3-Z”．A_PosMeas2
= “Axis4-W”．A_PosMeas2
Network：3 軸脈沖使能控制
A “611伺服電源模塊就緒”
A “機(jī)床潤滑就緒”
A “Z/W軸模塊就緒”
= “Axis3-Z”．A_PulseEnable
= “Axis4-W”．A_PulseEnable
Network：4 Z/W軸可切換的條件
AN “Axis3-Z”．E_currentcontr
AN “Axis4-W”．E_currentcontr
AN “Axis3-Z”．E_speedcontr
AN “Axis4-W”．E_speedcontr
AN “Axis3-Z”．E_positcontr
AN “Axis4-W”．E_positcontr
A “Axis3-Z”．E_stat
A “Axis4-W”．E_stat
A “Axis3-Z”．E_AxisReady
A “Axis4-W”．E_AxisReady
A “Axis3-Z”．A_pulseEnable
A “Axis4-W”．A_pulseEnable
A “Axis3-Z”．E_motOK
A “Axis4-W”．E_motOK
= “Z/W軸可切換條件”
Network：5 切換到Z軸
A “Z軸選擇按鈕”
A “BAG”．E_JOG
= L0.0
A L0.0
BLD 102
R “Axis4-W”．A_ContrEable
A L0.0
BLD 102
S “Axis4-W”．A_Follow_upMode
A L0.0
A “Z/W軸可切換條件”
R “Axis3-Z”．f24_5
R “Axis3-Z”．f24_6
Network：6 切換到W軸
A “W軸選擇按鈕”
A “BAG”．E_JOG
= L0.0
A L0.0
BLD 102
R “Axis3-Z”．A_ContrEable
A L0.0
BLD 102
S “Axis3-Z”．A_Follow_upMode
A L0.0
A “Z/W軸可切換條件”
S “Axis3-Z”．f24_5
R “Axis3-Z”．f24_6
Network：7 Z軸控制器使能及跟蹤模式控制
AN “Axis3-Z”．f96_6
AN “Axis3-Z”．f96_5
= L0.0
A L0.0
FP M33.1
S “Axis3-Z”．A_ContrEnable
R “Axis3-Z”．A_Follow_upMode
Network：8 W軸控制器使能及跟蹤模式控制
AN “Axis3-Z”．f96_6
A “Axis3-Z”．f96_5
= L0.0
A L0.0
FP M34.1
S “Axis4-W”．A_ContrEnable
R “Axis4-W”．A_Follow_upMode
Network：9 Z軸切換成功檢測
AN “Axis3-Z”．f96_6
AN “Axis3-Z”．f96_5
A “Axis3-Z”．E_currentcontr
A “Axis3-Z”．E_speedcontr
A “Axis3-Z”．E_positcontr
A “Axis3-Z”．E_AxisReady
A “Axis3-Z”．A_pulseEnable
A “Axis3-Z”．E_motOK
= “Z軸切換成功”
Network：10 W軸切換成功檢測
AN “Axis3-Z”．f96_6
A “Axis3-Z”．f96_5
A “Axis4-W”．E_currentcontr
A “Axis4-W”．E_speedcontr
A “Axis4-W”．E_positcontr
A “Axis4-W”．E_AxisReady
A “Axis4-W”．A_pulseEnable
A “Axis4-W”．E_motOK
= “W軸切換成功”
后續(xù)的PLC程序用上面“Z軸切換成功”， “W軸切換成功”來控制Z/W軸切換離合器的動作，用離合器切換成功到位檢測信號分別控制Z、W軸的軸禁止。限于篇幅有限，不再累述。
7．軸參考點(diǎn)的問題
Z軸及W軸都安裝有絕對值編碼器，其調(diào)整方法和普通帶有絕對值位置檢測元件的NC軸完全相同。由于是絕對值編碼器，所以Z軸及W軸一旦調(diào)整好后，就不再需要進(jìn)行返參考點(diǎn)的過程。
如果Z軸及W軸是增量式位置反饋元件，則每次完成軸切換后，就必須重新返回參考點(diǎn)建立坐標(biāo)系，對于滑枕上正在使用附件銑頭的情況，則使Z軸重新返參考點(diǎn)就很麻煩。
8．軸誤差補(bǔ)償?shù)膯栴}
軸反向間隙補(bǔ)償及螺距誤差補(bǔ)償?shù)姆椒ê推胀?span style="font-family:Times New Roman;">NC軸完全相同，對絕對值位置檢測元件，沒有任何問題。對于增量式位置檢測元件，當(dāng)每次完成軸切換后，必須重新返參考點(diǎn)后，誤差補(bǔ)償才生效。
9．結(jié)束語
西門子840D數(shù)控系統(tǒng)功能龐大，參數(shù)及信號眾多，由于水平及篇幅有限、時(shí)間倉促，文中多有不妥之處，歡迎同行相互溝通，并請批評指正。
