l997年應(yīng)上海汽輪發(fā)電機(jī)有限公司之邀,筆者對該公司大型汽輪發(fā)電機(jī)機(jī)座加工中心的改造進(jìn)行方案論證,并對C軸定位振蕩問題進(jìn)行軟件維修囊陡。由此對大型二手設(shè)備的維修及改造問題進(jìn)行了有益的探索,獲得不少經(jīng)驗(yàn)芬吸。

該機(jī)座加工中心是1992年從美國西屋公司引進(jìn)的二手設(shè)備,由美國弗雷爾公司制造嫩碘。它由端鏜床、惻鏜床和轉(zhuǎn)臺三大部分組成,懸臂伸展7懒碍、5m,直徑1．5m,轉(zhuǎn)臺長12m,寬4．2m,承載140t,可用于加工30o葱妒、6o0和9o0MW 汽輪發(fā)電機(jī)機(jī)座,是我國汽輪發(fā)電機(jī)制造業(yè)中的特大型專用設(shè)備該加工中心的控制系統(tǒng)為兩臺A—B7320數(shù)控系統(tǒng),分別控制端鏜床和側(cè)鏜床,控制軟件由A- B公司開發(fā),包含PAL(即PLC軟件)。因?yàn)榇笮蛿?shù)控設(shè)備的特殊性,其PAL軟件和NC軟件混合在一起開發(fā),因此PAL接口軟件是不可讀寫的,只能運(yùn)行,這給數(shù)控設(shè)備改造帶來很大困難缝驳。為徹底弄清PAL接口軟件,我們進(jìn)行了破譯和分析,弄清了大型設(shè)備PAL接口軟件設(shè)計(jì)中的一些特殊問題,同時掌握了大量機(jī)床參數(shù)连锯。

一、大型數(shù)控設(shè)備的特殊問題

1．大用狱、中型數(shù)控機(jī)床的主軸一般采用帶齒輪變速的傳動方式,這是為了保證低速時可傳遞較大的扭矩,同時能擴(kuò)大恒功率區(qū)的變速范圍运怖。既然有齒輪變速,就存在一個“掛檔” 問題 大型機(jī)床掛檔常采用液壓撥叉,為預(yù)防“頂齒”現(xiàn)象常采用主電機(jī)的瞬間點(diǎn)動來實(shí)現(xiàn),因而帶來下列問題:

① 大慣量帶來的時延需用時間繼電器檢測,超過一定時間,顯示掛擋失敗夏伊；

②為可靠起見,掛檔結(jié)束時應(yīng)由掛檔限位開關(guān)通知計(jì)算機(jī)掛檔成功與否摇展；

③ 掛檔時的瞬問點(diǎn)動需向接口輸出短時運(yùn)動命令,這在PLC中很難順利實(shí)現(xiàn),因?yàn)橐话鉖AL系統(tǒng)無法處理電機(jī)的運(yùn)動問題:

④ 為彌補(bǔ)自動掛擋的不足,在面板上保留了手動掛擋的按鈕開關(guān) 這些問題在該加工中心PAL軟件中均有較好的處理。

2．夾緊溺忧、放松問題在大型數(shù)控機(jī)床中比較突出．為了在大慣量條件下準(zhǔn)確定位,坐標(biāo)軸在到達(dá)目標(biāo)位置時必須立即夾緊,運(yùn)動時再放松咏连。有的坐標(biāo)軸還分成低夾和高夾,以免夾緊時抖動。這些功能要求增加了接口軟件編寫的難度鲁森。

3．出現(xiàn)了通常NC程序和PLC程序的耦合問題祟滴。例如上述提到的C軸高夾和低夾問題,判斷進(jìn)入高夾帶振惰、低夾帶所用的公式為:終點(diǎn)位置一現(xiàn)行位置+跟隨誤差。這些系統(tǒng)參數(shù)在PLC數(shù)據(jù)區(qū)中是沒有的,原控制程序中NC和PLC (PAL)是混合開發(fā)的．不存在此類問題,對一般改造用戶來說,提取這些系統(tǒng)參數(shù)則存在一些圍難垄懂。

4．單方向趨近對大型機(jī)床準(zhǔn)確定位格外重要,目前許多數(shù)控系統(tǒng)均有此種功能,在改造中極為方便骑晶。

5．某些參數(shù)的選擇范圍。我們發(fā)現(xiàn)大型數(shù)控機(jī)床的計(jì)算機(jī)軟件增益KC非常低(系統(tǒng)位置環(huán)增益KV=KC·KD· KM·KA,見筆者專著《機(jī)床計(jì)算機(jī)數(shù)控》),一般在0．002~0．005之間庵恨。由于KC值定得低,使得系統(tǒng)位置環(huán)增益KV值大大低于1。這樣的低增益系統(tǒng)易于穩(wěn)定,調(diào)整方便,適臺于大型機(jī)床,缺點(diǎn)是跟隨誤差稍大修扁。

二诀烫、C軸振蕩的軟件維修

該加工中心端鏜床C軸是一個回轉(zhuǎn)軸,用于加工機(jī)座端面100多個孔,定位夾緊以后,在Z軸方向進(jìn)刀鉆孔。從1997年底開始,C軸定位發(fā)生振蕩,無法找到準(zhǔn)確定位位置,左右搖擺,嚴(yán)重影響加工進(jìn)度峡逆。我們分析系由于機(jī)械部分磨損,致使到位帶已不能滿足要求,需擴(kuò)大勃拢。這對于新型數(shù)控系統(tǒng)而言是非常簡單的,只要修改一下到位帶參數(shù)即可,但對于該臺20世紀(jì)70年代末期的二手設(shè)備卻不是一件容易的事。A—B7320數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床參數(shù)不對用戶開放,一經(jīng)調(diào)試完畢即存入機(jī)床參數(shù)區(qū)(以絕對地址方式出現(xiàn))念弧。機(jī)床參數(shù)中的NC參數(shù)約有l(wèi)0個,其中包括到位帶和夾緊帶,只需將其適當(dāng)擴(kuò)大,C軸振蕩問題即可解決后涛。當(dāng)然此種軟件維修是臨時性的,徹底的解決辦法是對機(jī)械磨損進(jìn)行維修。

三依播、數(shù)控系統(tǒng)的選型

本次改造是用兩臺A-B9／260CNC取代原有的A-B7320CNC系統(tǒng)口愁。同時更換的還有九個坐標(biāo)的直流伺服,直流電機(jī)暫不換。A-B7300系列和 9系列CNC數(shù)控系統(tǒng)分別誕生于20世紀(jì)70年代和90年代,跨度為20年娱必。其間微電子技術(shù)鸿挠、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)姻蚓、軟件技術(shù)等均有飛速發(fā)展,因此9系列比7300系列從整體水平上有很大提高,但9系列的系統(tǒng)軟件完全是從7300系列軟件脫胎而來宋梧。這一點(diǎn)對于成功的數(shù)控改造意義很大,現(xiàn)分析見下。

1．7300系列和9系列軟件均采用前后臺型控制結(jié)構(gòu)狰挡。7300系列的前臺程序?yàn)橐粋€10ms的中斷服務(wù)程序,數(shù)控機(jī)床的重要功能如插補(bǔ)捂龄、位控、 PAL(PLC)加叁、監(jiān)控等均在其中倦沧。9系列的前臺程序仍為一個實(shí)時中斷服務(wù)程序,但采樣(處理)周期變成6～30ms,每2ms一個臺階,這給用戶提供了極大的靈活性。另外一點(diǎn)不同是9系列可將PAL程序分成前臺和后臺兩塊,以適應(yīng)較大規(guī)模I／O點(diǎn)控制的場合,減輕前臺負(fù)擔(dān)前后臺控制是經(jīng)典的實(shí)時控制方法它匕。多級中斷的控制法可視作前后臺控制的變異,即最低級中斷可視為后臺程序,而其余中斷可視為前臺程序刀脏。

2．9系列PAL (PLC)手冊中提供了四個730o紙帶方式變量,分別是請求變量、方式指示變量超凳、前零后省略變量和托盤請求變量,系為73o0零件加工紙帶在9系列環(huán)境中使用而設(shè)立愈污。這種紙帶兼容性能很大程度上保護(hù)了用戶的利益,使一些經(jīng)過考驗(yàn)的零件加工程序得以原封不動地在9系列中使用。從另一個角度看,9系列和 7300系列的系統(tǒng)軟件有很大的相似性和繼承性轮傍。

3．7300CNC和9系列CNC提供的PAL變量有極大的相似性暂雹。對數(shù)控機(jī)床改造而言,PAL變量是編寫PAL程序的先決條件首装。系統(tǒng)提供的PAL變量反映了系統(tǒng)程序的結(jié)構(gòu)和功能。PAL變量越豐富,其接13軟件的開發(fā)愈靈活,但CNC系統(tǒng)程序的開發(fā)難度愈大衔耕。7300系列提供的隊(duì)L變量約120個左右．9系列則有281個赊偿。從總體上說9系列的PAL功能比7300系列強(qiáng)許多。7300系統(tǒng)中用的PAL變量均能在9系列的PAL變量中找到,這給數(shù)控化改造提供了許多便利悬鲜。

(責(zé)編:阿 杰)

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