840D 數(shù)控系統(tǒng) H 功能實現(xiàn)旋風刀架的程序開合
2020-5-8 來源： 青島海西重工有限責任公司 作者：李其昌 劉曉軍 呂剛 李猛
摘要：數(shù)控重型曲軸車床旋風刀架使用的是可開合分體式轉(zhuǎn)盤，由于轉(zhuǎn)盤的開啟和閉合控制流程較為復雜，為避免使用人員的誤操作，利用 SIEMENS 840D 數(shù)控系統(tǒng) H 功能編寫 NC 程序，采用 NC 程序和 PLC 程序相結(jié)合的方式，可以實現(xiàn)旋風刀架的程序開合控制。
關(guān)鍵詞：旋風刀架；PLC 程序；840D 系統(tǒng)；H 功能
0 引言
旋風刀架是數(shù)控重型曲軸車床的核心部件，主要用于加工大型船用低速柴油機曲軸的柺頸部位。旋風刀架的切削方式為轉(zhuǎn)盤帶動刀具旋轉(zhuǎn)、工件固定。圖 1a 為其閉合加工狀態(tài)。在加工前，先開啟旋風刀架上分體，將曲軸拐頸卡住后，再閉合加工。圖1b 為開啟狀態(tài)。旋風刀架的開合涉及的動作控制流程較多，為避免操作人員使用時的誤操作，利用 SIEMENS 840D 系統(tǒng) H 功能編寫 NC 程序，實現(xiàn)旋風刀架的程序開合控制。
1、 旋風刀架開合控制流程
旋風刀架的上體 （TOP PART） 開啟與閉合由液壓油缸驅(qū)動。旋風刀架內(nèi)部切削用的回轉(zhuǎn)盤（ROTARY RING）帶有齒圈，通過主驅(qū)動齒輪帶動進而實現(xiàn)回轉(zhuǎn)切削運動。回轉(zhuǎn)盤上裝有刀盤，刀盤由伺服機驅(qū)動，通過進給齒輪的行星差動精密機構(gòu)傳遞，可在轉(zhuǎn)盤上做徑向進給運動（U2軸）。
回轉(zhuǎn)盤分為兩部分，轉(zhuǎn)盤上分體可隨旋風刀架上體一起開合。開啟前，轉(zhuǎn)盤上下分體和內(nèi)部齒圈由 4 個鎖緊機構(gòu)鎖定，避免內(nèi)部齒圈脫出。4 個鎖緊機構(gòu)分別為固定轉(zhuǎn)盤上分體的上插內(nèi)齒（ROTARY RING UPPER PART），固定上部進給齒輪的上插外齒 （FEED GEAR），固定轉(zhuǎn)盤下分體的下插內(nèi)齒（ROTARY RING LOEERPART），固定主驅(qū)動齒輪的下插外齒 （MAIN GEAR）。
在閉合使用時，需要將 4 個鎖緊機構(gòu)全部放松。鎖緊機構(gòu)的鎖緊和放松是否到位由行程限位控制。
回轉(zhuǎn)盤左右有 4 個對接把合上下分體的把合螺釘（SCREWS），在閉合切削使用時需要安裝把合，旋風刀架開啟前需要拆掉。把合螺釘不用時，有固定的放置位置，裝有感應開關(guān)，進而判斷把合螺釘處于安裝或脫離狀態(tài)。
圖 1 旋風刀架的開啟與閉合
閉合時，由一個伺服電機帶動鎖緊螺桿 （SCREW DRI－ER），將旋風刀架上體與下體緊密固定。開啟前，需要將鎖緊螺桿松開。鎖緊螺桿的鎖緊和放松是否到位由行程限位控制。
旋風刀架開啟時，需要將回轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)到固定開啟位置，同時移動 U 軸到固定開啟位置，這樣使 4 個鎖緊機構(gòu)能對準插孔。判斷回轉(zhuǎn)盤和 U2軸是否到達固定開啟位置，分別通過感應開關(guān)來實現(xiàn)（IN/NO OPENING POSITION）。閉合動作流程如圖 2 所示。開啟動作流程如圖 3 所示。
圖 2 旋風刀架閉合流程
圖 3 旋風刀架開啟流程
旋風刀架開合控制流程較為復雜，操作人員使用時，如果漏掉某一個步驟，嚴重時會造成內(nèi)部齒圈脫落，對設(shè)備造成重大損傷。如果全部使用 PLC 進行各種運算控制，程序較為復雜。為了便于操作人員使用，可以使用 H 輔助功能實現(xiàn)程序開合。
2、 H 功能簡述及參數(shù)設(shè)置
840D 數(shù)控系統(tǒng)功能有 M（輔助功能）、S（主軸功能）、H（輔助功能）、T（刀號）等，相比其他輔助功能，H 功能的處理終端為 NC的 CPU，運算功能較為強大，處理執(zhí)行速度快，由 NC 的插補周期決定。運用 PLC 與 NC 程序相結(jié)合的方法實現(xiàn)旋風刀架的開合，PLC 程序?qū)⒋鬄楹喕材苤庇^顯示操作流程順序，避免誤操作。H 功能的傳輸 PLC 接口地址如圖 4 所示。
圖 4 H 代碼與 PLC 傳輸接口地址
系統(tǒng)定義了同一個 NC 程序段中對多可以編程 3 個 H 代碼指令，故 PLC 的接口也定義了 3 個。在PLC 的接口地址方面，DBW140 作為該 NC 程序段中第一個 H 代碼指令的地址，DBD142 作為第一個H 代碼指令的內(nèi)容。H 功能的值類型有整數(shù)和浮點數(shù)，在本機床采用的是整數(shù)，要把參數(shù) MD22110 設(shè)置為 1。
3 、利用 H 功能編寫的 NC 開合程序及相應 PLC 程序
3.1 旋風刀架開啟的 NC 程序
以旋風刀架較為復雜的開啟程序為例，根據(jù) H 功能編寫的NC 程序如下：
可以看到相應的每段程序用了一個 H 代碼，分別實現(xiàn)以下動作（表 1）：
3.2 旋風刀架開啟的 PLC 程序
與 NC 程序相對于的 PLC 程序節(jié)選如下：
利用 DB253 中間變量，實現(xiàn) PLC 和 NC 變量的銜接，最終控制在 PLC 中的相應輸入輸出點。
4 、結(jié)語
H 輔助功能主要將拆掉螺釘、鎖緊插齒、放松螺桿等信息傳遞給 PLC 程序，通過 PLC 程序來實現(xiàn)各個動作。通過 NC 程序和 PLC 相結(jié)合的方式，可以實現(xiàn)旋風刀架的程序化開合，杜絕操作人員的失誤操作，使用效果良好，同時也為設(shè)備設(shè)計及維修人員使用 H 功能提供一些經(jīng)驗。
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