DASEN16i數(shù)控系統(tǒng)在大型龍門機(jī)床上的應(yīng)用
2020-5-16 來源：大連大森數(shù)控技術(shù)發(fā)展中心有限公司 作者：郭峰功，徐宗華，崔長振
摘要：目前，DASEN數(shù)控系統(tǒng)在機(jī)床上的安裝機(jī)型越來越多，特別是加工中心，攻牙機(jī)上的使用很普遍。但是在大型龍門上的安裝，受系統(tǒng)功能和使用經(jīng)驗(yàn)的限制，使用數(shù)量有限。因此，以DASEN16i數(shù)控系統(tǒng)在某35GLEII×60龍門加工中心上的應(yīng)用作一個(gè)介紹，把一些特殊功能的使用分享給大家，為以后使用這些功能的同行提供一個(gè)參考。
關(guān)鍵詞：伺服刀庫；動臂式換刀；同期軸；傾斜面加工
0 引言
該機(jī)床行程為12 500 mm×600 mm×3 500 mm，基本軸XYZ軸，W軸是同期控制的動梁結(jié)構(gòu)，刀頭測有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸控制，配置伺服鏈?zhǔn)降稁欤欧姍C(jī)控制頭庫，共配有9 個(gè)伺服軸，另加一個(gè)伺服主軸。機(jī)床結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1所示。
圖 1 機(jī)床構(gòu)成示意圖
1、問題及技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)
（1） PLC 軸控制刀盤旋轉(zhuǎn)，并且機(jī)械手安裝在動梁上，所以換刀位置隨橫梁的位置變動而變動，如何確定換刀位置。
（2） W軸橫梁同期控制的調(diào)整，如何調(diào)整可以減少誤差報(bào)警。
（3） 傾斜面加工功能和使用。
2 、問題分析及解決方案
2.1 PLC軸刀盤控制
刀盤使用PLC軸控制可以實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確定位，360°除以總刀具數(shù)就是每個(gè)刀具的移動距離，手動正反轉(zhuǎn)刀盤時(shí)，每按 1 次按鍵，旋轉(zhuǎn) 1 個(gè)刀具距離。即移動數(shù)據(jù)累加或減少一個(gè)刀具距離。自動時(shí)，根據(jù)現(xiàn)在刀位到目標(biāo)刀位的刀位數(shù)乘以每個(gè)刀具距離，然后計(jì)算出總的距離，利用伺服軸就近旋轉(zhuǎn)功能，判斷刀盤的就近正反轉(zhuǎn)，移動到目標(biāo)刀位。關(guān)于 PLC 軸要根據(jù) PLC 指令，對區(qū)別于 NC 控制軸的獨(dú)立軸進(jìn)行控制，通過 PLC 開關(guān)切換 PLC 軸控制有效/無效。
PLC 軸控制執(zhí)行時(shí)的處理有以下幾點(diǎn)：
（1） 用戶PLC在R寄存器中設(shè)定控制數(shù)據(jù)。
（2） 用戶 PLC 在 R 寄存器中設(shè)定 PLC 中控制信息地址。
（3） 用戶PLC接通PLC軸控制有效信號。
（4） NC根據(jù)控制數(shù)據(jù)，執(zhí)行PLC軸控制。
通過對寄存器R9848的賦值，可以實(shí)現(xiàn)對PLC軸的控制，運(yùn)行方式選擇，運(yùn)行速度、運(yùn)行數(shù)據(jù)等的設(shè)定。
2.2待命刀套位置和刀臂位置關(guān)系
如圖1所示，由于刀臂固定在橫梁上，橫梁的移動有隨機(jī)性，上下位置不固定，但橫梁移動比較緩慢，換刀時(shí)不能隨時(shí)移動到固定的換刀位置，因?yàn)榈侗P移動相對容易快速，為了節(jié)省換刀的時(shí)間，提高換刀效率，需要換刀時(shí)刀盤待命刀套位置找W軸的位置。當(dāng)預(yù)選刀時(shí)，以第一個(gè)刀套位置作為原點(diǎn)，計(jì)算待命刀套位置，然后移動到固定的第一換刀點(diǎn)，當(dāng)要換刀時(shí)，第一換刀點(diǎn)位置要和W軸位置一起計(jì)算，刀盤移動到機(jī)械手的位置，也就是對應(yīng)橫梁W軸的位置。這些可通過PLC控制解決，把PLC軸的功能和 PLC 的運(yùn)算結(jié)合，計(jì)算出刀盤應(yīng)該旋轉(zhuǎn)到的換刀點(diǎn)位置，PLC控制刀盤位置和W軸位置處理。
2.3 W軸橫梁同期控制的調(diào)整
2.3.1 同期軸的構(gòu)成
由于該臺機(jī)床屬于大型龍門機(jī)床，形成比較大，為了滿足Z軸的行程距離，在原有的Z軸控制基礎(chǔ)上增加動梁W軸，但W軸重量比較重和跨度比較大，所以采用同期控制來滿足機(jī)床要求。現(xiàn)將同期控制的功能和調(diào)試事項(xiàng)做個(gè)說明：同期控制是指將主動軸的移動指令發(fā)送到從動軸，使兩軸按照相同的移動指令進(jìn)行控制的控制方式。作為同期基準(zhǔn)的軸稱為主動軸，跟隨主動軸的軸稱為從動軸。如圖2所示。
圖2 龍門動梁示意圖
2.3.2 同期軸的調(diào)整
調(diào)機(jī)時(shí)在同期控制模式下，為了對主動軸和從動軸進(jìn)行平衡調(diào)整，暫時(shí)解除同期時(shí)采用的模式稱為修正模式。對各軸可采用手動手輪進(jìn)給或手動任意進(jìn)給執(zhí)行移動。在修正模式中，如果運(yùn)轉(zhuǎn)模式為手動手輪進(jìn)給或手動任意進(jìn)給以外的運(yùn)轉(zhuǎn)模式時(shí)，發(fā)生操作報(bào)警。選擇同期運(yùn)轉(zhuǎn)方式，時(shí)常檢查主動軸和從動軸的位置關(guān)系，如超過參數(shù)設(shè)定的“同期誤差允許量”，則發(fā)生報(bào)警并停止進(jìn)給。但是，未進(jìn)行原點(diǎn)確定時(shí)，則不進(jìn)行同期誤差檢查。同期軸的伺服自動調(diào)整，同期軸在伺服調(diào)整時(shí)要使橫梁基本平行，電機(jī)電流、扭矩相近，然后要先解除同期控制，主動、從動軸分別做調(diào)整。但由于受機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制，用 NC Analyzer 伺服自動調(diào)整軟件有些調(diào)整項(xiàng)不能進(jìn)行，調(diào)整后的位置環(huán)增益，速度環(huán)增益，加減速時(shí)間盡量向兩軸的中間值靠攏，努力保持一致，保證電機(jī)的啟動、停止的一致性。否則，主動、從動軸電機(jī)啟動停止瞬間不同步，出現(xiàn)橫梁瞬間傾斜現(xiàn)象，產(chǎn)生過載和誤差大報(bào)警。
報(bào)警處理，同期軸使用中最常出現(xiàn)的報(bào)警是同期誤差過大報(bào)警，當(dāng)同期誤差過大報(bào)警發(fā)生頻繁時(shí)，雖然可以通過增大同期誤差允許值 （參數(shù)2024） 的方法避免，但是盡量將同期誤差允許值設(shè)定在可預(yù)測的允許范圍內(nèi)，不能靠增加誤差值較少報(bào)警，這樣做只能讓情況更嚴(yán)重。第一調(diào)整機(jī)床的平衡，第二切削時(shí)間常數(shù)、快速進(jìn)給時(shí)間常數(shù)增大，加減速模式變更為延遲模式 （例如一次延遲），減小快速進(jìn)給速度切削鉗制速度。由于相關(guān)的參數(shù)太多，基本參數(shù)不做說明。同期軸主要參數(shù)的設(shè)定如下：#1068 指定與該軸同期的從動軸的軸號。
#1069 設(shè)定不顯示軸計(jì)數(shù)器的軸。#2024 同期誤差檢查時(shí)，在主動軸上設(shè)定允許的最大同期誤差。#1281 bit3 同期控制的對象軸從伺服關(guān)閉至伺服啟動期間，主動軸置的位置自動配合從動軸的位置；bit0同期控制中的手動高速參考點(diǎn)返回動作切換。#1493 主動軸和從動軸在各軸進(jìn)行原點(diǎn)確定動作。#2036 原點(diǎn)調(diào)整量表示同期運(yùn)轉(zhuǎn)方式的擋塊式原點(diǎn)返回中脫離近點(diǎn)擋塊后，從動軸上最初的格柵點(diǎn)至實(shí)際原點(diǎn)確定位置之間的距離。同期軸功能PLC接口很簡單，R2589表示同期控制運(yùn)轉(zhuǎn)方式選，YC2B 表示在自動運(yùn)轉(zhuǎn)中通過 R2589 寄存器切換運(yùn)轉(zhuǎn)動作時(shí)，請重新計(jì)算。 R2592表示原點(diǎn)調(diào)整完成。
注意事項(xiàng)：軸取出功能不能使用在同期控制軸上。把主動軸和從動軸的軟件極限設(shè)定相同的設(shè)定值，手動運(yùn)轉(zhuǎn)模式時(shí)，軟件極限即使在從動軸發(fā)出報(bào)警，主動軸也不會停止。同期軸的單個(gè)軸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，互鎖、機(jī)床鎖等信號只對主動軸信號有效。
2.4 傾斜面加工功能和使用
2.4.1 傾斜面加工功能
傾斜面加工功能通過對當(dāng)前已設(shè)定的(傾斜面加工指令前的)坐標(biāo)系 XYZ 軸，可定義執(zhí)行旋轉(zhuǎn)及原點(diǎn)的平行移動后的新坐標(biāo)系(稱為特征坐標(biāo)系)的功能。通過該功能定義空間上的任意平面，可對該平面指定通常的程序指令執(zhí)行加工。可在新定義的特征坐標(biāo)系的+Z 方向自動控制刀具軸方向。配合刀具軸方向再次設(shè)定特征坐標(biāo)系，因此無需了解特征坐標(biāo)系的方向或刀具軸的旋轉(zhuǎn)方向即可創(chuàng)建加工程序。
傾斜面加工功能只需要把選項(xiàng)參數(shù)打開，不需要做系統(tǒng)PLC程序，設(shè)置幾個(gè)基本參數(shù)即可，主要是應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的積累和加工程序編寫，建立空間幾何圖形的思維。對應(yīng)機(jī)械的軸構(gòu)成要求如圖 1 中所示的主軸頭上的 C 軸和 A 軸，或者是C軸和A軸安裝在工作臺上，或者分別裝在主軸頭和工作臺上這3種安裝方式。
2.4.2 傾斜面加工中的參數(shù)
#1287bit1、bit2 表示傾斜面坐標(biāo)顯示切換
#8713 表示跳躍坐標(biāo)切替
#7900—#7956 表示旋轉(zhuǎn)軸構(gòu)成參數(shù)
2.4.3 傾斜面加工指令
G68.2 [P0] Xx YyZz Iα Jβ Kγ ;(根據(jù)歐拉角指定)
G68.3 Xx YyZz Rα; (通過刀具軸方向指定)
G69 取消傾斜面加工。
指令設(shè)定如下特征坐標(biāo)系：
（1） 將傾斜面加工指令前的坐標(biāo)系點(diǎn)(x，y，z) 作為特征坐標(biāo)系原點(diǎn)。
（2） 使原點(diǎn)偏移的坐標(biāo)系繞Z軸旋轉(zhuǎn)α。
（3） 僅使下一次旋轉(zhuǎn)后的坐標(biāo)系的X軸旋轉(zhuǎn)β。
（4） 進(jìn)一步使旋轉(zhuǎn)后的坐標(biāo)系的Z軸旋轉(zhuǎn)γ。
2.4.4 傾斜面加工動作說明
傾斜面加工模式中的動作，發(fā)出傾斜面加工指令時(shí)，設(shè)定前述特征坐標(biāo)系。將參數(shù)#8901—#8906 設(shè)為“23”時(shí)，顯示特征坐標(biāo)系的計(jì)數(shù)器 (機(jī)械不移動)。傾斜面加工模式中的移動指令為特征坐標(biāo)系中的指令。在特征坐標(biāo)系的計(jì)數(shù)器顯示中，通過設(shè)定參數(shù) #1287 ext23/bit2、bit3(傾斜面坐標(biāo)顯示切換)，可選擇不包含刀長補(bǔ)償/刀徑補(bǔ)償?shù)某绦蛑噶钌系募庸の恢谩?/font>
刀具軸方向控制，發(fā)出 G53.1 指令時(shí)，移動旋轉(zhuǎn)軸使刀具軸方向?yàn)樘卣髯鴺?biāo)系的+Z 方向。此時(shí)，移動的僅為旋轉(zhuǎn)軸，XYZ軸不移動。旋轉(zhuǎn)軸的移動速度因G53.1 指令時(shí)的模態(tài)而異。根據(jù)特征坐標(biāo)系設(shè)定G53.1指令時(shí)旋轉(zhuǎn)軸可快速移動。在刀具距離工作臺足夠遠(yuǎn)的距離后再發(fā)出G53.1 指令。
傾斜面加工模式的取消，通過G69指令可取消傾斜面加工。解除特征坐標(biāo)系設(shè)定，坐標(biāo)系返回至傾斜面加工指令時(shí)的工件坐標(biāo)系，工件坐標(biāo)位置計(jì)數(shù)器變化為原工件坐標(biāo)系的坐標(biāo)值，機(jī)械不移動， 復(fù)位時(shí)也取消傾斜面加工，但在參數(shù)#1151 為“0”時(shí)的復(fù)位1 中保持傾斜面加工模式。立方體傾斜面加工和相應(yīng)的加工程序如圖3所示。在主程序中以傾斜面指定方式設(shè)定特征坐標(biāo)系，通過子程序(加工程序 100)執(zhí)行加工。
圖3 立方體傾斜面加工和相應(yīng)的加工程序
傾斜面加工功能有些類似在G68指令三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換功能的基礎(chǔ)上增加旋轉(zhuǎn)軸的控制，坐標(biāo)的移動和旋轉(zhuǎn)可以隨工件的要求，隨意定義坐標(biāo)系，功能更強(qiáng)大，使用更靈活，實(shí)現(xiàn)機(jī)床的五面體加工。但是對機(jī)床編程和操作者的要求更高，要想達(dá)到快速掌握，不是那么容易的。
3、機(jī)型或行業(yè)應(yīng)用拓展
該機(jī)床是一臺動粱式龍門數(shù)控加工中心，控制系統(tǒng)選用 DASEN16i 數(shù)控系統(tǒng)，電機(jī)反饋采用一百萬線分辨率編碼器，控制精度高，結(jié)構(gòu)布局先進(jìn)合理，外形美觀，縱向?qū)к壊捎么笠?guī)格線性滾動導(dǎo)軌，運(yùn)動靈敏度高，橫向?qū)к壊捎昧W(xué)性能優(yōu)越的雙線性導(dǎo)軌與滑動導(dǎo)軌的復(fù)合結(jié)構(gòu)，升降導(dǎo)軌采用大包容結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)大件結(jié)構(gòu)規(guī)格大，并布置有足夠的加強(qiáng)筋版，整機(jī)剛性好，穩(wěn)定性好，承載能力大，廣泛應(yīng)用于制冷，航空航天、石化、鍋爐、印刷、包裝等行業(yè)，對各種管板，板件，盤件，殼體件，機(jī)架以及模具等復(fù)雜零件的多品種小批量生產(chǎn)，也適用于汽車，機(jī)車車輛及柴油機(jī)行業(yè)的缸體，殼體類等零件的加工，本設(shè)備滑枕端面可安裝各種附件頭，擴(kuò)大機(jī)床加工工藝范圍，實(shí)現(xiàn)對零件的五面加工，可以配置直角頭，萬能頭，延伸頭，扁直角銑頭，是一臺高效多功能大型龍門加工中心。
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