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數控機加技術在ＲEIKA 卡盤定位中的應用

2018-8-29 來（lái）源：內（nèi）蒙古包（bāo）鋼鋼聯股份有限公司無縫鋼管廠作者：趙海燕，郭利中，郭（guō）勇誌

摘要: ＲEIKA 卡盤的控製與精確（què）定位是一項綜合性技術，需要數（shù）控機加（jiā）、測量（liàng）、計算機、自動控製等多學科領（lǐng）域的參與。在 SINUMEＲIK 840D 數控（kòng）係統中，通過 PLC 邏輯控製與 NC 數控機加編程的有力結合，既（jì）實現了ＲEIKA卡盤的動作控製，保（bǎo）證加工節奏的快速性（xìng）; 又兼顧了其卡盤（pán）的（de）精確定位，提高了設（shè）備安全性（xìng）。

關鍵詞: SINUMEＲIK 840D; 多通道配置; NC 通道; 數據交換

ＲEIKA 的作用是將成品鋼管（guǎn）切成指定規格長度的管箍，為下（xià）一道管箍內螺紋車絲的（de）工（gōng）序做準備。本（běn）文主要分析利用 SINUMEＲIK 840D 的（de） CNC 的多通道快速處（chù）理能力，通過 NC 及 PLC 的程序編（biān）程與數據采集交換，實現（xiàn）ＲEIKA 切管機卡盤的控製與精確定位。1 ＲEIKA 的數控係統構（gòu）架ＲEIKA 是一台高（gāo）精（jīng）密數控切管（guǎn）機，它的數控係統源自西門子的 SINUMEＲIK 840D。

1． 1 NCU 數控單元( Numerical control unit)

NCU 數（shù）控單（dān）元是 SINUMEＲIK 840D 的中央處理器。內部通信及驅（qū）動接口軟件負責協調（diào） PLC －CPU、NC － CPU 和 MMC － CPU 三者之（zhī）間的步調，處理所有 CNC、PLC、MMC 的通訊任務。NCU 數控單元通過（guò）直流母線、控製總線、數據總線（xiàn）與各（gè）驅動模塊相互（hù）連接，組成數控的（de）伺服（fú）驅動係統。SINUMEＲIK840D 係統的 NCU 數據在表 1 參數（shù）與功能描述中給予了說（shuō）明。

表 1 參數與功能描述

1． 2 人機界麵

人機交互裝（zhuāng）置建立起ＲEIKA 切管機的數控機加係統與操作員之間的（de）交互界麵，它（tā）由 MMC 和 OP組（zǔ）成。MMC( Man Machine Communication) 有（yǒu）自己獨立的 CPU，OP 單元是顯示（shì）器。PCU( PC UNIT) 是專門為配（pèi）合（hé）西門子（zǐ） SINUMEＲIK 840D 的操作麵板而開發的 MMC 模塊，PCU50 對應於帶有硬盤的 MMC103，軟件是基於 WINDOWS NT 的 HMI。

1． 3 可編程序控製器－ PLC

SINUMEＲIK 840D 係統的 PLC 集成在 NCU 模塊中。其（qí）通過 NCU 模板的 X111 端口與外圍 I/O 模塊、功能板卡進行數據交換。直線型封閉式微脈衝磁柵位置傳感器作為它的一個從（cóng）站連接在網絡中，將（jiāng）當前（qián）ＲEIKA 前卡的位置實時傳輸給 PLC，PLC 與NC 通（tōng）訊並交換變量，運算結果應用到 PLC 的邏輯程序與（yǔ） NC 的數控機加（jiā）程序中，實現ＲEIKA 前（qián）卡的控製與精確定位。

1． 4 驅動裝置

ＲEIKA 切（qiē）管（guǎn）機（jī）的（de） SINUMEＲIK 840D 係統采用全數字伺服（fú）驅動 SIMODＲIVE 611D，配以 1FT 進（jìn）給電機（jī）( 編碼器（qì） EＲN1387) 和 1PH1 主軸電機( 編碼器EＲN1381) 。611D 單軸模塊具有兩個（gè）反饋測量係統，能夠實現卡盤位（wèi）置全閉環控製。其中 X411 端口是（shì）電機編碼器接口，輸入電機的編碼器信（xìn）號;X421 端口是直接測量係統輸入（rù）口，輸入直接位置測量信號，一般為正餘弦電（diàn）壓（yā）信號。

2 、數控機加技術（shù）在ＲEIKA 的應用

ＲEIKA 切管機卡盤的控製與精確定位包（bāo）含了（le）兩（liǎng）方麵的內容: 一個是ＲEIKA 卡盤的控（kòng）製從工藝上考（kǎo）慮要保證加工節奏的（de）快速性; 另一個（gè）是ＲEIKA 卡（kǎ）盤的精確定位，提高設備安全（quán）性。

2． 1 數控係統對ＲEIKA 卡盤的控製實現

ＲEIKA 卡盤的控製（zhì），必須（xū）把 NC 及 PLC 的編程有機地結合起來。因為由 NC 控（kòng）製器計（jì）算的（de）“X”軸/“U”軸位置，分別來自通道 1 和通道（dào） 2，所以必須在 NC、PLC 之間進行數據交換，以便使整個係統都在程序控製之中。

2． 1． 1 ＲEIKA 的通（tōng）道與（yǔ）關鍵軸

通（tōng）道是 SINUMEＲIK 840D 係統的一個基本功能，每一個通道都可以作為一個獨立的 NC。雙通道意味著係（xì）統可以（yǐ）同時（shí）執行兩個程序，它（tā）們互不影響、被協（xié）調同步運行。作為數控切管機的ＲEIKA 共有 4 個機（jī）床軸（zhóu），它（tā）們是“C”軸、“U”軸、“V”軸和“X”軸。其中“X”軸控製卡盤刀具的進/退刀; “U”軸控製ＲEIKA 前卡小車的左（zuǒ）右行走。由於這 2 個軸涉及到（dào）ＲEIKA 卡盤的控製與精（jīng）確定位，所以（yǐ）是關鍵（jiàn）軸。

2． 1． 2 數控機床軸配置

SINUMEＲIK 840D 缺省（shěng）為一個通道（dào），需要參數設置成兩個有效通道:MD10010 $ MN － ASSIGN － CHAN － TO －MODE － GＲOUP［0］= 1 ∥通道 1 分配給方式組 1

MD10010 $ MN － ASSIGN － CHAN － TO －MODE － GＲOUP［1］= 1 ∥通道 2 分配給方式組 1

設置機（jī）床軸名:N10000 $ MN _ AXCONF _ MACHAX _ NAME _TAB［0］= C ;

N10000 $ MN _ AXCONF _ MACHAX _ NAME _TAB［1］= U ;

N10000 $ MN _ AXCONF _ MACHAX _ NAME _TAB［2］= V ;

N10000 $ MN _ AXCONF _ MACHAX _ NAME _TAB［3］= X ;

通道 1 參數設置:N20070 $ MC _ AXCONF _ MACHAX _ USED［1］= 3 ∥第 3 個軸分配給通道（dào） 1

N20070 $ MC _ AXCONF _ MACHAX _ USED［2］= 4 ∥第 4 個軸分配給通道 1

N20070 $ MC _ AXCONF _ MACHAX _ USED［3］= 0 ∥第 1 個軸分配給通道 1N20080 $ MC_AXCONF_CHANAX_NAME_TAB

［0］= C ∥通道 1 第 1 個軸叫“C”軸

N20080 $ MC_AXCONF_CHANAX_NAME_TAB［1］= V ∥通道 1 第 2 個軸（zhóu）叫“V”軸

N20080 $ MC_AXCONF_CHANAX_NAME_TAB［2］= X ∥通道 1 第 3 個軸叫“X”軸

通道 2 參數設置（zhì）:

N20070 $ MC _ AXCONF _ MACHAX _ USED［0］= 2 ∥第 2 個軸分配給通道 2

N20080 $ MC_AXCONF_CHANAX_NAME_TAB［0］= U ∥通道（dào） 2

第 1 個軸叫“U”軸

2． 1． 3 ＲEIKA 卡（kǎ）盤定位的邏輯控製

ＲEIKA 卡盤定位的邏輯控製者是 PLC、動作執行者是比例閥（fá）、位置回饋靠直線型封閉式微脈衝磁柵位置傳感器。

圖（tú） 1 為定位架構及數據流。

按照接箍料的不同（tóng）規格、結合 NC 傳送過來的“X”軸/“U”軸的實際位置，ＲEIKA 卡盤（pán）得到了相應的位置（zhì）給定值。這個（gè）給定位置（zhì）值和實際位置之間的差產（chǎn）生了修正量 xd。修正量（liàng） xd 經過規格化後由模擬量輸出（chū）通（tōng）道送給比例閥作為給定，控製ＲEIKA 前卡機構的動作。隨著預定位置的（de）逼近，xd 逐漸（jiàn）減少（shǎo），直至位置到達後ＲEIKA 前卡停止動作。

圖 1 定位架構及數據流

2． 2 ＲEIKA 卡盤的精確定位

PEIKA 卡盤定位采取全閉環控製，直線型（xíng）封閉式微脈衝磁棚位置傳感器安裝（zhuāng）於動作機構（gòu）的末端。由於這種（zhǒng）方式消除了絲杠的螺距誤差和反（fǎn）向間隙誤差，使得ＲEIKA 卡盤重複定位精度高於± 0. 01 mm。ＲEIKA 前卡爪（zhǎo）的（de）動作機構在“U”軸上，為了防止刀具、卡具損壞，它的動作控（kòng）製與精（jīng）確定位要結合“X”軸與“U”軸（zhóu）的條件: ＲEIKA 前卡的實際位置值等於設定位置值時，“U”軸可以動作。在“U”軸動作過程中，ＲEIKA 前卡的實際位置被連續測量並反饋，如（rú）果動態誤差（chà）在允許範（fàn）圍內，處於不會造成對刀具/卡具損傷的安全（quán）位置時，利用雙通道（dào）功（gōng）能，一個通（tōng）道控製“U”軸按照 NC 的加工程序正常運行; 另（lìng）一個通道控製（zhì）“X”軸按照 NC 加工程序進刀動作（zuò）。ＲEIKA 卡盤的精確定位依賴於 NC 通（tōng）道之間、NC 和 PLC 之間的的數據交換。

2． 2． 1 PCL 讀取 NC 的數據（jù）

PLC 獲取ＲEIKA“X”軸和“U”軸的位置數據:利用 NC_var Selector 選擇ＲEIKA 切管機床通道 1 和通道 2 所編程的（de）位置（zhì）變量（liàng），將 NC 傳來的“X”軸位置變量放入 DB207． DBD8 中; 將（jiāng） NC 傳來（lái）的“U”軸位置變量（liàng）放入 DB207． DBD16 中。在編程ＲEIKA 切管機前卡的動作時充分利用 “X”軸位置DB207． DBD8 的數據和“U”軸（zhóu）位置 DB207． DBD16的數據，就可保證ＲEIKA 前卡的每一次定位都在允許的安全範圍內。

2． 2． 2 NC 讀取 PLC 的（de）命（mìng）令

NC 數控程（chéng）序判斷ＲEIKA 卡（kǎ）盤的位置數（shù）據:為了加強邏輯保護嵌套的（de）合（hé）理性，在ＲEIKA 機床數控機（jī）加程序中加入主要保護語句，這些語句的（de）條（tiáo）件源自（zì）於 PLC。

CALL FC21

Enable : = M0． 1 ∥1 = FC21? active

Funct : = B #16 #4 ∥ B #16 #4 = write ( PLC 寫NC)S7Var :

= P#DB198． DBX 0． 0 BYTE 2 ∥PLC 中ＲEIKA 前卡的位置判斷的地址（zhǐ）

IVAＲ1 : = 0 ∥NC 中的數據地址

IVAＲ2 : = － 1

Error : = M240． 0

將 PLC 地址 P#DB198． DBX 0． 0 BYTE 2 中的數據寫到 $ A_DBW［0］裏，NC 程序就可以利用 $ A_DBW［0］讀取和編程ＲEIKA 機床數控加工程序通道 1 中的“X”軸程序。

同理（lǐ），將 PLC 地址 P#DB199．DBX 60． 0 DWOＲD 1 中的（de）數據寫（xiě）到 $ A_DBW［104］裏，NC 程序（xù）就可（kě）以利用 $ A_DBW［104］讀取和編程ＲEIKA 機床數控加工程序通（tōng）道 2 中的“U”軸程序。

當 N90 IF $ A_DBW［0］= = 1 gotof XSpindel-stop ∥如（rú）果通道 1 中獲取ＲEIKA 前卡的位置偏差大（dà）於 1 mm，則變量 $ A_DBW= = 1 加工程序（xù）將跳轉到停止“X”軸運（yùn）動（dòng）軌跡（jì）並迅速從工作區域的機加程序“XSpindelstop”中退（tuì）出。

當 N90 IF $ A_DBW［104］= = 1 gotof USpin-delstop ∥如果通道 2 中獲取ＲEIKA 前卡的位置偏差大於 1 mm，則變（biàn）量 $ A_DBW= = 1 加（jiā）工程序將跳轉到停止“U”軸運動軌跡並迅（xùn）速從工作（zuò）區（qū）域的機加程序（xù）“USpindelstop”中退出。

3、結束語

在 SINUMEＲIK 840D 數控係統架構下，自動（dòng）化的 PLC 邏輯控製和數控（kòng）加工的 NC 編程相互配合，實現了ＲEIKA 切管機卡盤的（de）控製與精確定位，達到了保護（hù）措施的嵌套（tào）合理性與嚴密性.

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