【數控機床】828D 系統使用 SET CO 多向搖擺立臥主軸頭實現加工中心立臥轉換示例
2021-1-5 來源：中國東方數控有限公司 作者：朱遠吉
摘 要：在一臺西門子 828D 系統的龍門加工中心上，通過使用 SETCO 多向搖擺立臥主軸頭，既實現龍門加工中心的立式銑削與臥式銑削的靈活轉換，又提高了精度與效率。
關鍵詞：828D；立臥轉換；主軸；編碼器
1、概述
數控加工中心常按主軸在空間所處的狀態通常可分為立式加工中心和臥式加工中心，其區別主要看主軸在空間處于垂直還是水平狀態，主軸可同時作垂直和水平轉換的，稱為立臥式加工中心或五面加工中心。
西門子 SINUMERIK 828D 系統自上市以來以其強大而穩定的功能，贏得了廣大客戶的認可，它秉承了西門子系統功能豐富、開放友好等一系列特點。本例要給大家介紹的是在一臺龍門加工中心上，通過 828D 系統豐富多彩的 NC 編程指令以及平臺界面的二次開發功能 Easy Screen 功能，配置 SETCO（賽奪科）F58D02- ACA- E 型多向搖擺立臥主軸頭實現立臥轉換的示例。
2、概述及注意事項
立臥主軸頭 AC 軸的實際運動均通過 SP 軸旋轉與機械傳動實現，所以不同于 3+2 軸機床中的 A、C 軸可以編程 A、C 地址，本例是通過宏程序 L280、L290 實現的 AC 軸運動。并且 A 軸（下頭座）的嚙合與脫開必須滿足主軸在固定的角度，主軸端面的刻線與主軸外圈端面刻線重合。
另外 A、C 軸為虛擬軸，MD30130 設置為 0，其它通用機床軸名 MD10000，以及通道對應的機床軸 MD20070、通道中的軸名 MD20080 仍然需要設置。該立臥主軸頭在 A、C 軸旋轉位置均帶有 HEIDENHAIN ROD 486 增量編碼器，作為測量系統反饋實際位置，用來消除 A 軸（下頭座）、C 軸（上頭座）分別與主運動機構嚙合的間隙。所以 PLC 要處理對應第一測量系統信號DB3804.DBX1.5 和 DB3805.DBX1.5。
3、調試或使用步驟
3.1、AC 軸編碼器配置及相關參數設定
拓撲識別 SMC20 模塊后，分別在 X，Z 軸的驅動上進行軸分配，將 A，C 軸對應的 SMC20 模塊作為 X，Z 軸的第二編碼器接口模塊進行配置。然后進入“編碼器數據”配置界面，通過“編碼器 +”、“編碼器 - ”選擇“編碼器 2”界面，根據編碼器類型及參數在“編碼器 2”的配置界面進行配置。
A、C 軸相關 NC 參數設置如下：
MD30460 $MA_BASE_FUNCTION_MASK=100H， 選擇附加的定位軸
MD30300 $MA_IS_ROT_AX=1 回轉軸設定
MD30310 $MA_ROT_IS_MODULO=0，取消回轉軸模數轉換
MD30320 $MA_DISPLAY_IS_MODULO=0，取消回轉軸模數 360°顯示
MD34110 $MA_REFP_CYCLE_NR=- 1，取消回參考點
MD34200 $MA_ENC_REFP_MODE=0，假定為絕對值編碼器回零模式
MD34210 $MA_ENC_REFP_STATE=1/2/3
先按照絕對值電機設零點方法，設好零點（前提是 A,C 軸對齊零刻度線），然后改為 3，記憶關機前零點，回零標記變為暗色。
3.2、CUSTOM 用戶自定義畫面設計
為了讓操作使用的便利，利用 828D 自帶的 EASYSCREEN功能設計 CUSTOM用戶自定義畫面，其中需要定義初始化程序easyscreen.ini 以及主要的界面程序 custom.com。
3.3、定位宏程序設計（以 A 軸為例）
3.3.1、基本程序
本例中用一個主軸電機通過機械結構分別與 AC 軸嚙合來驅動 AC 軸旋轉的情況，本質上是要分別記憶 AC 軸定位后的位置值并保存到參數中，因為當 AC 軸轉動完成后，機床開始加工的時候主軸是要旋轉起來的，而主軸旋轉結束停止的位置是隨機的，那么當再次要進行 AC 軸定位的時候，就要繼續上次定位的位置進行累加。
同時 A 軸（下頭座）的嚙合與脫開必須滿足主軸在固定的角度，主軸端面的刻線與主軸外圈端面刻線重合，下頭座才能脫開進行旋轉。當 C 軸，A 軸都在 0°初始位置時，這個刻線重合處的定位角度 SPOS=17°。并且設計如下 A 軸刻線對齊位置記憶參數 R5 及相關程序，如下：
R1=ROUND（$A_DBR[12]）
R7=ROUND（$A_DBR[16]）
R13=R1+R7
IF （R13<=17）
R5=R13+17
ENDIF
IF （R13>17）
R5=R13+17+360
ENDIF
最初 A 軸旋轉的時候，定位到 17°的位置，端面刻線對齊后，再通過液壓機構脫開，A 軸才可以轉動。后面如果有 C 軸的轉動，以及 A 軸的轉動，都會讓實際主軸端面不旋轉的情況下系統界面 SP 軸坐標值數字累加，但是只要是 A 軸轉動就需要主軸端面對齊刻線，所以這個時候就要找到之前 A、C 軸的轉動導致的主軸坐標值變化了多少，即 R13 的值，這個值加上最初的 17°等于 R5，再執行 SPOS=R5 定位，就是保證了執行這個指令的時候主軸端面刻線是對齊的，包括中間執行加工任務主軸旋轉自由停車后，執行 SPOS=R5 都會精確找到這個刻線對齊的定位度數，因為 AC 兩個編碼器相當于記錄了 AC 定位導致的主軸坐標值累計變化值。
C 軸的旋轉不需要固定刻線位置，所以 C 軸的宏程序設計不需要設計上面 A 軸的 R5 類型的參數。只需要在定位完成后將編程位置賦值給當前位置參數即可。
3.3.2 通過讀取實際坐標值補償運動誤差
R12=R0- $A_DBR[12]
IF （R12> $MN_USER_DATA_FLOAT [10]) OR （R12<-$MN_USER_DATA_FLOAT[10])
SPOS=IC（R12)
ENDIF
G4F0.5
STOPRE
R1=ROUND（$A_DBR[12])
4、宏程序示例
例：A 軸定位宏程序 L280
;R0: A 軸編程位置
;R1: A 軸當前位置
;R2: 編程位置與當前位置的位置差
;R3: R0 除以 5 的值
;R4：R1 除以 5 的值
;R5: A 軸初始定位中間變量
;R7: C 軸當前位置
;R12: A 軸編程位置與實際位置的差值
;R13: A 軸當前位置與 C 軸當前位置之和
;$A_DBD[12]:A 軸實際坐標值保存在 DB4900.DBD12 中
;$A_DBD[16]:C 軸實際坐標值保存在 DB4900.DBD16 中
;MD14514[10]=0.5，A 軸反向間隙設定誤差補償范圍
R1=ROUND（$A_DBR[12])
R2=R0- R1
R3=R0/5
R4=R1/5
R7=ROUND（$A_DBR[16])
R13=R1+R7
IF R3<>ROUNDUP（R3) GOTOF INFO2
IF R4<>ROUNDUP（R4) GOTOF INFO2
IF R2==0 GOTOF INFO1
IF （R13<=17)
R5=R13+17
ENDIF
IF （R13>17)
R5=R13+17+360
ENDIF
M05
M41
M80
M03S0
G4F0.2
M05
SPOS=R5
M52
G4F2
STOPRE
SPOS=IC（R2)
R12=R0- $A_DBR[12]
IF （R12> $MN_USER_DATA_FLOAT [10]) OR （R12<-$MN_USER_DATA_FLOAT[10])
SPOS=IC（R12)
ENDIF
R1=ROUND（$A_DBR[12])
M53
G4F2
STOPRE
M81
M17
INFO1:MSG（"**** A 軸無旋轉動作 原因：編程位置 =當前位置 ****")
G04F3
MSG（"")
M17
INFO2:MSG（"**** A 軸無旋轉動作 原因：編程位置不是5 的整數倍 ****")
G04F3
MSG（"")
M17
5、結論
帶立臥轉換主軸頭的龍門式加工中心比普通立加或臥加功能更加靈活，加工產品范圍更加廣泛，也為客戶節約了空間以及設備和人員成本。傳統立臥轉換的機床是通過一個立頭和一個臥頭更換分別機械嚙合的方法實現立臥轉換，這樣不僅效率低，而且重復定位的精度得不到保證。通過案例既實現傳統的立臥轉換，擴大了產品加工范圍，又保證了重復定位精度及加工效率，不失為一種有效的方法。
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如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
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