近年來國內大規格滾珠絲桿需求正在迅速增長，10m絲桿的需求更為突出。10m絲桿主要用于大型數控龍門銑、落地鏜床、機場登機通道等大型設備。2009年作為國家科技重大專項 ，我公司承擔了“大型精密、高效數控螺紋加工設備” 研發工作， SK7450×100的10m數控絲杠磨床是國內目前最大的螺紋磨床，可整體磨削10m絲杠。由于工件的外圓需要磨削，單獨為此機床配備一臺10m外圓磨床成本太高，因此該機床應具備外圓磨削功能。因工件為單向磨削，返程時間長，希望在工件返回磨削起點的過程中完成砂輪修整任務。長絲桿價值高，突然停電將會導致正在加工的工件報廢，因此要求機床必須具備斷電回退功能。該機床在外接電源突然斷電的情況下，Z 、C 軸在聯動狀態時，X軸（砂輪）能作出快速響應，朝機床進給的反方向回退0.5mm以上，保護工件不被損壞。
1.螺紋磨床基本結構及工作原理
SK7450×100為5軸數控螺紋磨床，原理如圖1所示。
X 為砂輪架前后進給運動；Z 為工作左右運動；C 為工件旋轉運動；V 為修正輪上下運動；W為修正輪左右運動；V、W軸的插補運動可完成砂輪齒形修整，Z 、C 軸的聯動形成螺旋線，在磨削過程中，C 軸轉360°，Z 軸走一個螺距，切削過程中必須保證嚴格的聯動關系。外界停電時，Z 、C軸停止運動，砂輪由于慣性繼續旋轉，工件和砂輪接觸的區域多磨去一部分金屬，造成工件損壞。
X、Z 、C 分配在通道1，V、W分配在通道2，X，Z 、V、W在機床數據中設為直線軸，且均設為幾何軸，C設為旋轉軸。
2. 雙通道及軸轉換功能
（1）雙通道 該機床設為雙通道，目的是可以同時運行磨削程序和修整程序，對系統參數設置如下。
基本參數設定：
10000 AXCONF_MACHAX_NAME_TAB: X1，Z1，C1，V2，W2
10010 ASSIGN_CHAN_TO_MODE_GROUP [0]:1
10010 ASSIGN_CHAN_TO_MODE_GROUP [1]:1
19200 $ON_NUM_CHANNELS:2
通道CH1參數設定：
20050 AXCONF_GEOAX_ASSIGN_TAB[0，1]:1，2
（定義幾何軸）
20060 AXCONF_GEOAX_NAME_TAB[0，1]:X1，Z1
（幾何軸名稱）
20070 AXCONF_MACHAX_USED[0，1，2，3，4]:1-5
（第1通道顯示軸數）
V 、W 設在兩個通道中，主通道為CH2，在CH1中該軸名稱反向顯示，便于觀察。
20080 AXCONF_CHANAX_NAME_TAB[0，1，2，3，4]:X，Z，C，V，W（軸名稱）
通道CH2參數設定：
20050 AXCONF_GEOAX_ASSIGN_TAB[0，1]:1，2
（定義幾何軸）
20060 AXCONF_GEOAX_NAME_TAB[0，1]V，W（幾何軸名稱）
20070 AXCONF_MACHAX_USED[0，1]:1-2
20080 AXCONF_CHANAX_NAME_TAB[4，5]: V，W
30550 AXCONF_ASSIGN_MASTER_CHAN軸所在的主通道，X 、Z 、C 此參數設1，V 、W軸此數據設為2。
（2）軸轉換功能應用 機床上電后C 軸默認為主軸形式，執行螺紋磨削程序前，在MDA方式下，執行M70指令，將C 軸轉換成旋轉軸，然后回參考點。外圓磨削時，外圓磨削程序前執行一條指令SPCON，將旋轉軸轉換成主軸，NC程序中可以用S指令給定主軸轉速。
（3）第2通道應用 螺紋磨削時，工件從起點磨到終點時，當砂輪退出工件，在第一通道的磨削主程序中通過執行M代碼啟動CH2上的修整程序，工件返回和砂輪修整同時執行，節省了加工時間。
砂輪修整程序也可以通過機床面板上的按鍵啟動。
砂輪修整補償量可存放在自定義的公用變量GT中，第1通道的磨削程序可以用來進行砂輪修整補償。
3. 斷電回退功能
（1）硬件配置及連線 系統選用SIEMENS840D，PLC 為S7－300，驅動器為611D，交流伺服電動機為1FT6系列和1FK系列。為了降低成本，采用國產電容器和UPS，硬件連接電路如圖2所示。
（2）電路工作原理 在圖2所示電路中，UPS為PC機所用600W UPS電源，開關K為UPS電源控制開關。當開關K閉合時，UPS電源工作，向外部提供AC220V交流電，供給后面的DC24V用；當開關K斷開時，停止向外提供AC220V交流電。開關K用來檢測是外界停電還是機床正常關機，開關K與機床總電源開關聯動。外界停電時K是閉合的，正常關閉機床電源時K是斷開的。當UPS外部無AC220V供電時，UPS自動切換到逆變狀態，正常向直流電源供給AC220V交流電壓，從而實現了DC24V直流電源的不間斷供電。驅動器動力電是由并接在直流母線上的電容儲備的電能供給的，電源模塊上可外接最大電容的容量，在西門子技術資料上查到，該機床采用的電容模塊為1.5mF。需要實現斷電回退功能的機床所選電源模塊必須是具備能量回饋功能，本機床采用的是E/R－MODUL模塊，訂貨型號為6SN1145－1BA01－0BA3。
（3）回饋參數及程序 西門子的斷電回饋為選項功能，只有在訂貨時選上此功能才能激活。機床數據中需設置下列數據：
1634:LINK_VOLTAGE_RETRACT 580;
1635:GEN_AXI_MIN_SPEED 0r/min;
1637:GEN_STOP_DELAY 100ms;
1638:RETRAC_TIME 500ms;
1639:RETRACT_SPEED 400000H;
NC程序中需增加下列程序段：
$MA_ESR_REACTION[X]=11
$AA_ENABLE[X]=1
IDS=1 WHENEVER $AA_E SR_S TAT[X]>0 DO
POS[X]=5
此程序段可以放在螺紋加工循環程序之前，當直流母線電壓低于580V時，機床即開始執行斷電回退功能。
4. 結語
采用以上功能滿足了10m磨床外圓及螺紋加工的要求。雙通道的采用，實現了修整與磨削同時進行，提高了磨削效率，滿足了10m長絲桿高效磨削的要求，斷電回退功能避免了工件因停電造成的損壞。經過幾年的運行，以上功能安全可靠，滿足了該機床的設計要求，使用效果良好。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
