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在西門子840Dsl數控係統中實現進給軸全環多級變速

2020-8-12 來源：中國一重集團有限公（gōng）司作者：樊凱（kǎi）

【摘要】介紹在數控機床（chuáng）改造中，采用（yòng）西門子840Dsl數控係統如何實現進給軸全閉（bì）環多級變速應用。

在國（guó）外老的進口機床中進給軸采用（yòng）多級變速的比較常見，如科堡20-10FP225龍門銑床X軸（工作台移（yí）動）進給分2級變速，SKODA產D-SIU400型重型臥車及SKODA產SUT200型重型臥車X軸、Z軸進給分2級變速。在這些數（shù）控機（jī）床應用西門子840DSL數控係統（tǒng）升級改造中，全閉環進給（gěi）軸多級變速就成為（wéi）我們研（yán）究的課題了。

一、課題的（de）重要性

主軸變速（sù）功能在所有使用ISO代碼的數控係統中（zhōng）都規定了一些（xiē）特定代碼（mǎ）和功（gōng）能，比如西（xī）門（mén）子840D係列中，輔（fǔ）助應答代碼M41-M45分別代表了主軸的I、II、III、IV、V檔，這些檔位的傳動比參數可以提前預設寫入，為31050和31060的（0-6）中，當（dāng）主軸變速完成後，對應接口信號(DB31--DB3n).DBX16.3為1，同時(DB31--DB3n).DBX16.0、(DB31--DB3n).DB16.1、(DB31--DB3n).DBX16.2組合起來反饋當前（qián）檔位信號，讀取對應檔位的傳動比和（hé）對應檔位的最大速度（dù）值，則所有參數都能匹配起來，檔（dàng）位變換產生（shēng）的輪廓偏差、定位誤差等（děng）都可分別調整，可以實現加工編程（chéng）中的多級轉速變換。

進給軸多級變換（huàn）功能則沒那麽容易（yì）實現，因為840D係統中沒（méi）有在參數設計中充分（fèn）考慮進給軸多級變速功能，對於進給軸變速後的最大進給速度、加速度、定位誤差、輪廓偏差、伺服增益係數、傳動比等都沒有設置對應（yīng）檔位的參數組，最（zuì）最關鍵的問題是，西門（mén）子沒有相應的接口信（xìn）號通（tōng）知NC係統該進給軸（zhóu）當前檔位，無（wú）法將實（shí）際檔位與機床參數有機結合（hé）起來，那麽就會出現這種情況，就是進給（gěi）軸變速後，由（yóu）於NC無法得知，但速度（dù）變化引發的輪廓偏差（chà）、定位誤差等會讓進給軸頻繁報警，無法（fǎ）工作。當然了，變（biàn）速完成後，手（shǒu）動去輸入所有相關參數是可以的，但是，這種頻次高（gāo）的改（gǎi）動即不安全可靠又費時費力，因此，不是長久（jiǔ）之計。

那麽,進給軸多級變速是（shì）否有必要保留呢？在現代新機（jī）床設計中，進給軸多級速度（dù）很（hěn）少看到，因為在新機床設計中，通過（guò）電機功率、轉速（sù）、傳（chuán）動比、安裝空間匹配，可以滿足一台機床的所有加（jiā）工需求，不（bú）需要進給軸有機械變速。但是，在一些進口舊機床改造中，設計理念（niàn）不夠先（xiān）進（jìn）的情況下還是應用了進給軸變速。比如以我們改造的一台SKODA產SUT200型（xíng）重型臥車為例（lì），原來通過I級變速增

大輸出轉矩（jǔ）、降低進給速度，用於粗加工；通過II級變速提高進給速度、降低輸出轉矩，用於精加工。做改造方案時，如果（guǒ）隻（zhī）保留一個檔位，由於電機安裝空（kōng）間極其狹窄，可選擇的伺服電機不能滿足原有（yǒu）加工需求，要麽進給速度太低，要麽輸出轉矩不夠，機床的改造就不能取得滿意的效果，所以，必須實現進給軸的多級變速。

在（zài）我（wǒ）們（men）最（zuì）近的數控機床改造過程中，接連（lián）發現了三例這種問（wèn）題，於是，如何平滑（huá）穩定實現進給軸多級變速，而且使位置環不報（bào）警，這就成了一個重要的問題。經過多次摸索，我們終於攻克了這個難題。

二、解決方（fāng）案

以SUT200型數控臥車為例，刀台X、Z分（fèn）別（bié）都具有兩級（jí）變速（sù），其中，X軸電機（jī）自帶編碼器，外（wài）置光柵尺（chǐ），I級傳動比為1:18，II級傳動比為1:3；Z軸電機自帶編碼器（qì），外置一個（gè）編碼器作位置環，位置環編碼器自（zì）帶一個減速箱，I級傳動比為1:6，II級傳動比為1:2，位（wèi）置環編碼（mǎ）器傳動箱傳動比為2:5。這兩種情況代表了兩種非（fēi）常典（diǎn）型的（de）全環方式，分別以這兩種情況描（miáo）述進給軸多級變速的實現。

情況一：光柵尺作位置環，以（yǐ）X軸為例

實現步驟：

（1）檢查傳動（dòng）比。若機（jī）械能夠確切推算傳動（dòng）比（bǐ），則可省略此步。進行此步的前提（tí）是，與傳動比相關的（de）31050（負載齒輪箱分母）、31060（負載齒輪（lún）箱分子）、31064（附加齒輪箱分母）、31066（附加齒輪箱分子）這（zhè）幾個參數必須設（shè）置（zhì）為默認（rèn）值1， 31030（滾珠絲（sī）杠螺距）也按默認值10設置，反向間隙補償32450清掉，且X軸（zhóu）應激活的是不帶光柵尺（chǐ）的第一測（cè）量係統（DB31.DBX1.5=1）。前置條件滿足後，X軸切換到I級，在X軸終端壓上一塊百分表，向一個方向開1mm，此時可消除反向間隙，然後百分表清零（líng），再向前開（kāi）1mm，觀（guān）察實際百分表的計數（shù），比如實際百分表動（dòng）0.2mm，則傳（chuán）動比（bǐ）為1:0.2=5:1，將（jiāng）此傳動（dòng）比寫入31064、31066，然後再壓（yā）百分表，看是否準確（què），如果有微量（liàng）誤差，將傳動比細（xì）分為500:101、5000:999等進行嚐（cháng）試，直到誤差進一步減小（xiǎo）到可忽略不計。如果追求更加（jiā）精確的數顯（xiǎn）精度，可以通過激（jī）光幹涉儀進行螺距誤差補償(LEC)。記錄下I級的傳動比，然後切換（huàn）到II級，將31064、31066清掉，重（chóng）新進行上述步驟，得到II級的傳動比。這裏需要特別說明的是，為什麽傳動比寫入31064、31066，而不寫入31050、31060？因為（wéi）31064、31066的生效方式是CF（NEW CONFIG），不需停電重啟，而31050、31060的生（shēng）效方式是PO（POWER ON），需要停電重啟（qǐ）。

（2）建立定義（yì）文件。得到I、II級（jí）的傳動比後，開始寫定義文件。在840Dsl的“調試”菜單裏找到“係統數據”菜單，再找到“定義”文件夾。在該文件（jiàn）夾內新建一個定義文件，默認客戶自定義文件（jiàn）名為MMAC.DEF，可任意定義文件名，打開該文件，在該文（wén）件內寫入（rù）如下內容：DEF M51 AS MLX1；書寫M51調用MLX1.SPF子程序。

DEF M52 AS MLX2 ；書（shū）寫M52調用MLX2.SPF子程序。

然後保存退出（chū），則係統開始自動編譯該定義文件，如果文件內容書寫無錯誤，則編譯可順利通過，若編譯不通過，請檢查書寫。這裏（lǐ），MLX1.SPF為X軸I級變速子程序，MLX2.SPF為X軸II級變速子程序。

（3）建立變（biàn）速子程序。定（dìng）義文件建立（lì）後，可以在“製造商循（xún）環”文件夾內建立MLX1、MLX2變速（sù）啟動子程序（xù）。該子程序的作用有兩（liǎng）個，一（yī）個是驅動PLC程序進行變速執行元件的動作，比如離合器、電磁閥等；一個是寫變（biàn）速相關參（cān）數，包括傳動比、伺服增（zēng）益係數、最大進給速度等。子程序以（yǐ）MLX1.SPF為例，書寫子程序如下：

（5）全（quán）環試車。上述步驟完成後，則可以進行半環試車，可以（yǐ）看到，當在MDA方式下執行M51時，則31064、31066、32200、32000等自動按照MLX1.SPF（I檔）內（nèi）設置而更改；執行M52時，上述參數按照MLX2.SPF（II檔）內設置而更改。在（zài）I檔、II檔速度下，明顯可以看到同樣的電（diàn）機（jī）速度（dù），驅動X軸的速度已（yǐ）經按傳動比切換過來。此時，可以激活帶光柵尺的（de）第二測量係統（DB31.DBX1.6=1）。按照常（cháng）規設置（zhì），將31000（是否光柵尺）、31040（位置環檢測是否直接安裝到機床上而沒有中間變速）均設置為1，全環設置完（wán）成。注意，若31040為0，則NCU會檢測31050、31060的數值，當掛光柵尺時，會出（chū）現（xiàn）輪廓監控報警、不受控製等現（xiàn）象。由於光柵尺直連，31070（編碼器齒輪箱分母）、31080（編碼器齒輪箱分子）默認為1即（jí）可。

情況二：編碼器（qì）外帶（dài）減速箱做位置環，以Z軸為例。

實現步驟與上麵完全一樣（yàng），但設置（zhì）參數有略微差別。31000、31040必須設置為0，同時，31044（編碼（mǎ）器（qì）是否有中間（jiān）變速）必須設置為（wéi）1。由於編（biān）碼（mǎ）器中間有傳動（dòng）比，那麽31070、31080必須設置。

三、結語

經過以上設計，完全實現了（le）在840DSL下用（yòng）M代碼或麵板自定義鍵實現進給軸的多級變速切換，保障了機床原設計功能，增強了機床的可操做性，滿足了機床各種（zhǒng）加工（gōng）生產（chǎn）需求，這種應用值得其他同行借鑒及推廣。

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