MC340/TWIN雙主軸加工中心是1994年從德國STAMA公司進口的數(shù)控機床,因意外事故幾乎報廢翰意。我們除對損壞的機械部件修理復原外,還對其控制系統(tǒng)進行了更新式設(shè)計挤毯、改造。

1 CNC八軸控制

原八軸的控制

原控制系統(tǒng)是日本FANUC-15M系統(tǒng),其CNC部分直接控制兩個主軸(一個電動機驅(qū)動兩個主軸,即C軸)和X艺扑、Y哭练、Z、A四個軸,并通過PLC和STAMA公司自制的接口控制回轉(zhuǎn)工作臺(C2軸)米法、刀庫軸(Q軸)和直線運動式機械手軸(V軸)僧憾。PLC共占用I/O點為288/192點。C2軸(回轉(zhuǎn)式工作臺)分為兩個工作區(qū),在一個工作區(qū)進行加工的同時,另一個工作區(qū)可以裝卸工件,兩個工作區(qū)每循環(huán)一次就可以加工出八個工件短户。另外原機床的換刀有其特殊性,由Q軸(刀庫軸)荐呵、V軸(直線式機械手軸)和Z軸等三個軸共同配合完成換刀動作。其過程是:當有換刀指令時,Q軸轉(zhuǎn)到正確刀位,V軸帶著機械手到刀庫取刀,再移動到主軸端,機械手的另兩爪抓住主軸上的兩把刀,然后通過Z軸向上運動來拔刀,機械手轉(zhuǎn)動180°以后,Z軸又下降將新刀插入主軸,V軸再回到刀庫將換下的刀插入刀庫原位置唇锡。所以換刀全過程涉及到三個軸的運動和機械手的各種動作,以及大量的電磁閥和位置檢測元件,整個動作比較復雜蔬聚。

現(xiàn)八軸的控制

由于FANUC-15M系統(tǒng)是對我國禁運的產(chǎn)品,經(jīng)調(diào)研論證后,我們選用了四軸聯(lián)動的SIEMENS-840D數(shù)控系統(tǒng)。主軸和X矗绅、Y墙违、Z、A軸直接由CNC控制,可完全達到原來的技術(shù)指標叼枝。而原PLC控制的C2诽表、Q、V三軸,也改為CNC直接控制隅肥。由于選用的西門子標準操作面板不占用外部I/O點,同時伺服電動機內(nèi)部有專用的位置編碼器,節(jié)約了大量的I/O點,所以PLC控制占用的I/O點減少到192/160點竿奏。實現(xiàn)了原機床的PLC功能,優(yōu)化了PLC程序,改善了原機床的功能。具體方法如下述。

Q軸的控制方法 原Q軸的控制框圖议双。當CNC發(fā)出換刀指令時,通過PLC送出數(shù)字指令和各控制信號,通過接口電路轉(zhuǎn)化為模擬指令,再通過西門子驅(qū)動器驅(qū)動電動機轉(zhuǎn)動痘番。隨刀庫同步轉(zhuǎn)動、且對應(yīng)56把刀的絕對編碼器ENC2將刀號的粗位置反饋回PLC,達到粗定位的目的,然后再由精密電位器:來精確定位,進而進行后續(xù)的換刀工作平痰。在此機械傳動鏈中,以上兩個位置傳感器均不安裝于電動機內(nèi)汞舱。

經(jīng)過多級齒輪和蝸桿、蝸輪傳動,電動機與絕對編碼器(ENC2)的傳動比為157.357/1,而電動機與精密電位器(R)的傳動比為2.81/1,均不為整數(shù)宗雇。與系統(tǒng)配套的伺服電動機內(nèi)裝有增量編碼器,但用來確定刀具位置就不合適了,因為其沒有一一對應(yīng)的關(guān)系昂芜。在分析了整個刀庫傳動機構(gòu)和編碼器特性后,我們采用了外置增量式編碼器,安裝于電位器R的位置,即編碼器與刀庫的傳動比為56:1,這樣就可以像X、Y赔蒲、Z泌神、A軸一樣,方便地回到參考刀位(定為1號刀),且每一刀位又和編碼器有一一對應(yīng)關(guān)系,這種對應(yīng)精度又因CNC的128倍頻的作用而勝于原精密電位器定位,從而達到了粗精定位兩種目的,實現(xiàn)了刀庫軸的功能。

V軸的控制方法 原控制框圖類似于Q軸控制圖,只是沒有電位器精定位库樊。V軸位置由絕對編碼器(ENC2)來檢測棠裹。本次改造中V軸的控制也采用直接由CNC控制。由于V軸藏于主軸立柱腔內(nèi),不便返回參考點,必須要有位置記憶,因此我們選用了與840D配套的絕對位置編碼器來覆蓋V軸的全行程,再配合西門子電動機內(nèi)置位置編碼器共同完成V軸的精確定位,達到的控制精度比原來的高数壤。

C2軸的控制方法 C2軸原電氣控制精度不高,其精度是由齒盤嚙合來保證的效迹。該工作臺在0°和180°之間來回轉(zhuǎn)動,控制框圖如圖3。其位置由0°和180°點上的兩個限位開關(guān)檢測趣闻。原理是:CNC發(fā)出工作區(qū)交換指令后,由PLC譯碼產(chǎn)生驅(qū)動指令,使工作臺升起啰蕴。再經(jīng)接口板、驅(qū)動器驅(qū)動電動機按預定方向轉(zhuǎn)動,由多個開關(guān)提供電動機需加速存学、減速和工作臺到位與否的信號码承。工作臺到位后,電動機停,工作臺降下,完成一次轉(zhuǎn)換過程。

本改造中,該軸也改由CNC直接控制的西門子數(shù)字伺服電動機來完成优生。具體的動作過程和原來差不多,不同的是:①由于使用了數(shù)控伺服軸,且電動機內(nèi)配有內(nèi)裝式增量編碼器,要正常工作,必須開機回參考點,為了不增加新的元器件,對PLC程序作了特殊的編制,使開機后計算機根據(jù)開關(guān)狀態(tài)自動設(shè)置坐標值,完成工作臺不動作情況下的模擬回零操作城离。②它雖是作旋轉(zhuǎn)運動,但由于機械結(jié)構(gòu)限制,只能在0°～180°之間來回轉(zhuǎn)動,類似于直線軸的運動特性。所以將其指定為直線軸,方能可靠地限制其在0°～180°之間轉(zhuǎn)動,避免了旋轉(zhuǎn)軸可能產(chǎn)生的360°轉(zhuǎn)動,保證了工作臺的可靠性疫遵。

PLC控制軸改為CNC控制軸的一些特殊性那惜。原PLC控制軸Q、V梧油、C2 傳動機構(gòu)間隙較大,對位置精度要求不高,因此主要用速度環(huán)來控制苫耸。改為CNC 控制以后,既有速度環(huán),又有位置環(huán)及實時監(jiān)控,容易產(chǎn)生位置偏差和速度偏差報警,這就增加了調(diào)試難度。在改造中,我們一方面加強機械傳動鏈的剛性,另一方面又用加大間隙補償,加大動靜態(tài)位置檢測公差,適當增大增益和到位檢查時間,降低加速度和最大速度等參數(shù)設(shè)定辦法加以克服儡陨。

V軸結(jié)構(gòu)不僅間隙大,而且彈性變形大,其結(jié)構(gòu)示意圖如圖4褪子。其機械手臂約長640mm,所以V軸在運行中的彈性變形通過絲杠隨時影響著位置檢測,使該軸在快速運動中容易產(chǎn)生振蕩。根據(jù)這一特點在調(diào)試中要適當減小增益,降低速度,增加到位檢測時間,方能保證系統(tǒng)穩(wěn)定骗村。

在換刀過程中,要涉及到Q嫌褪、V呀枢、Z三軸運動。V笼痛、Z軸之間配合問題不大,Q裙秋、V軸的配合卻存在一定問題,這是因為機床有雙主軸,機械手每次要從刀庫抓兩把刀,兩刀之間又相隔三把刀,加之Q、V軸的彈性變形,所以機械手從刀庫取刀時,易產(chǎn)生干涉而報警,除了作上面調(diào)試外,還在PLC程序中設(shè)定分段的變速運動以克服兩軸之間的干涉,保證了換刀可靠性缨伊。

2 改造效果

經(jīng)機械大修和以上控制系統(tǒng)的重新設(shè)計改造,恢復了原機床的所有功能,各項技術(shù)指標均達到STAMA公司出廠時的要求:如X摘刑、Y、Z快移速度達到22m/min,進給速度達到1～10000mm/min,主軸轉(zhuǎn)速6000r/min,還可任意角度定位刻坊。X枷恕、Y、Z的定位精度為6.546μm易祖、8.254μm遵艰、9.621μm( 出廠指標為≤12μm),重復定位精度為3.15μm、3.533μm悍写、3.25μm(出廠指標為≤8μm)电摔。系統(tǒng)控制穩(wěn)定可靠,機床操作安全方便。

聲明：本網(wǎng)站所收集的部分公開資料來源于互聯(lián)網(wǎng)暴艘，轉(zhuǎn)載的目的在于傳遞更多信息及用于網(wǎng)絡(luò)分享辱闺，并不代表本站贊同其觀點和對其真實性負責，也不構(gòu)成任何其他建議由饵。本站部分作品是由網(wǎng)友自主投稿和發(fā)布、編輯整理上傳桦徘，對此類作品本站僅提供交流平臺故咽，不為其版權(quán)負責。如果您發(fā)現(xiàn)網(wǎng)站上所用視頻橄文、圖片化刻、文字如涉及作品版權(quán)問題，請第一時間告知上陕，我們將根據(jù)您提供的證明材料確認版權(quán)并按國家標準支付稿酬或立即刪除內(nèi)容桩砰，以保證您的權(quán)益！聯(lián)系電話：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn释簿。