用西门子840D系统改造丰田七砂轮曲轴磨床

摘要：本文介绍西门子840D系统在丰田七砂轮磨床改造中的应用，主要阐述其硬件配置、运用PLC及NC相结合的方法来实现曲轴最终尺寸控制.

关键词：840D系统.

综述：西门子840D是机床的CNC控制系统。我们可以通过CNC控制系统的操作面板执行下列基本功能：开发和修改零件程序；执行零件程序；手动控制；读入/读出零件程序和数据；编辑程序数据；报警显示和取消报警；编辑机床数据。本文主要介绍一下用西门子840D系统实现对日本丰田七砂轮曲轴磨床机床的改造以及利用MAPOSS测量仪器仪表配合NC功能完成控制。

一、概况：

      我公司原有一台丰田七砂轮曲轴精磨磨床机床，产于上世纪七十年代，用TOYODA数控系统配合TOYODA PLC及MAPOSS测量仪器仪表控制。近几年由于元器件老化，加工精度降低，设备故障率增高，备件价格贵且难以买到。为了保证产品质量，提高工作效率，降低生产成本，我公司决定改造其控制系统。

机床的配置为：砂轮进给直线轴X、靠模修整器横向移动直线轴V。

二、控制系统的配置：

根据实际情况，我公司选择了西门子840D，这是因为它具有以下的特点：

NC编程：运用用户变量、系统变量、间接编程、算术三角函数、比较或逻辑运算、程序跳转、程序调用、宏调用等给机床的使用带来了极大的自由度。

使用配置工具或利用Windows技术改变人机界面使操作界面适合于不同的控制任务。窗口式的设计使操作者可以对过程进行全面监控。

SIMODRIVE  611驱动可以实现进给轴驱动，闭环控制以及主轴控制等，该驱动适用于恶劣的工作环境，对灰尘、腐蚀性液体、冲击、振动及热冲击的抵抗力很强。

1、系统的硬件配置

本机床系统有以下配置：

        UE：6SN1146-1AB00-0BA1,5KW
        NCU571.3：6FC5357-0BB11-0AE0
        FDD1：6SN1118-0DM23-0AA0
        MCP：6FC5203-0AD10-0AA0
        PCU20：6FC5210-0DF00-0AA0
        OP010：6FC5203-0AD10-0AA0

各轴电机：

        X轴：1FK7061-7AH71-1AA0
        V轴：1FK7042-5AH71-1EB0

系统的配置图如下所示：

2、系统参数配置

机床坐标轴名

           MD10000: AXCONF_MACHAX_NAME_TAB［0］＝X1
         AXCONF_MACHAX_NAME_TAB［1］＝V1

驱动逻辑号

           MD13010 : DRIVE_LOGIC_NR［0］＝1
                     DRIVE_LOGIC_NR［1］＝2

3、轴参数的设定

      轴所需设定的主要机床数据如下:

       1）MD30110  CTRLOUT_MODULE_NO ：设定值指定驱动器号／模块号，可根据驱动器的排列顺序来确定该参数的值。
       2）MD30130  CTRLOUT_TYPE ：该数据用来确定设定值输出类型，取值范围为1或者0。
       3）MD30200  NUM_ENCS：编码器数量
       4）MD30220  ENC_MODULE_NO：实际值指定，驱动器号／测量电路号。
       5）MD30230  ENC_INPUT_NO：编码器输入号，输入到驱动器子模块／测量电路板的号码。
       6）MD30300  IS_ROT_AX：是否旋转轴。
       7）MD31000  ENC_IS_LINEAR：直接测量系统（光栅尺）。
       8）MD31010  ENC_GRID_POINT_DIST：直接测量系统（光栅尺）的栅距（分割点）。
       9）MD31020  ENC_RESO：编码器分辨率，即编码器的线数。可根据不同的编码器赋该参数不同的值。
       10）MD31030  LEADSCREW_PITCH：丝杠螺距。可根据丝杠螺距的大小输入相应的数值。
       11）MD31050  DRIVE_AX_RATIO_DNOM：负载变速箱分母。
       12）MD31060  DRIVE_AX_RATIO_NUMERA：负载变速箱分子。
       13）MD32000  MAX_AX_VELO：最大轴速度。
       14）MD32010  JOG_VELO_RAPID：在JOG方式下的快速移动速度。
       15）MD32020  JOG_VELO：点动速度。
       16）MD32100  AX_MOTION_DIR：轴移动方向。
       17）MD32110  ENC_FEEDBACK_POL：实际值符号（编码器反馈极性）。

根据各轴的实际情况，所设置的参数如下：

●X轴配置：该轴电机内置增量式编码器，分辨率为2048，齿轮连接非直

连，传动比为200：3，丝杠螺距为10mm。

            机床数据设置：MD30200＝1
                MD30230＝2
                MD30300=0
                MD31000=0
                MD31010=0.01
                MD31030=10
                MD31050=3
                MD31060=200

●V轴配置：该轴电机内置绝对值编码器，分辨率为2048，齿轮连接非直连，传动比为3：2，，丝杠螺距为6mm。

            机床数据设置：MD30200＝2
                MD30220＝2
                MD30230＝1
                MD30300=0
                MD31000=0
                MD31020=2048
                MD31030=6
                MD31050=2
                MD31060=3

        以上的参数配置后，再根据机床各轴的性能要求对诸如机床手动速度、轴加速度、回参考点方式等加以调整，使其满足机床的要求。

三、工件加工尺寸的控制：

        这台老式曲轴磨床的最终加工尺寸的控制由MAPOSS测量仪完成。我们所选的MAPOSS测量仪必须在曲轴外圆磨圆以后才能与工件接触。在此之前，砂轮（X轴）的进给量由伺服电机控制。在此首先介绍运用PLC及NC相结合的方法来控制最终加工尺寸：

1、加工过程： 

  1）上料
  2）工件夹紧
  3）轴向定位
  4）工件旋转
  5）砂轮架由油缸推动快进
  6）砂轮架由伺服电机带动快进（X轴），接近工件后变为慢进
  7）轴肩磨削
  8）圆角磨削
  9）轴颈粗磨
  10）轴颈磨圆后（加工余量为0.5mm）MAPOSS测量仪进
  11）MAPOSS测量仪测得加工余量AC2为0.1mm时中心架进，精磨开始
  12）测得加工余量AC1为0.05mm时超精磨
  13）测得加工余量AC0为0时光磨
  14）光磨6秒钟后砂轮架快退回到原位
  15）工件停止旋转，测量仪、中心架回原位
  16）工件松开
  17）砂轮开始自动修整，同时下料、上料

2、工作特点：

     本机床在工作的过程中具有以下特点：

    1）伺服电机粗定位，MAPOSS测量仪精定位：砂轮（X轴）的进给量开始由伺服电机控制。曲轴外圆磨圆以后MAPOSS测量仪才能与工件接触。量仪与工件接触后各阶段砂轮（X轴）的进给速度及退刀时间均由量仪控制。

    2）自动预置新的加工零点R0：由于砂轮每加工一支曲轴就要修整一次，砂轮直径就会减小一点，砂轮外圆与工件外圆的距离就增大一点。因此每次加工曲轴砂轮架（X轴）快进的距离都是不一样的，所以每加工完一支曲轴，都要重新预置新的加工零点R0。

3、如何实现加工的控制

基于机床的状况和使用特点，采用PLC程序和NC控制相结合的方法，对加工的控制就很简单。

    3.1、加工尺寸的控制：

MAPOSS测量仪与工件接触后，测得加工余量为AC2、AC1、AC0时，分 别向PLC输入点发高电平信号。系统收到这些信号后， X轴执行删除余程命令，实现用MAPOSS测量仪来控制加工的目的。

    3.2、自动预置新的加工零点R0：

每加工完一支曲轴，系统在X轴后退以前，记下X轴当前的坐标值，用来预置新的加工零点R0.

四、结束语：

丰田七砂轮曲轴精磨磨床机床的控制系统改造完成后，机床操作简单，故障率降低。所加工的产品各项指标均优于原来的指标，得到了公司的认可。

由于本机床动作简单， 840D数控系统在机床控制领域中的强大功能还没有充分发挥出来。我坚信，840D系统在全球各个领域中的应用将越来越广。