前言:
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1概述
该加工中心是19世纪末期从西班牙DENN公司引进的数控热旋压加工中心,主要用于金属筒形部件的热旋压,由于该加工中心使用时间过长,部分配件老化,使其加工精确度降低,而且存在设备部件复杂、维修成本高等问题。因此为了保证生产,降低维修成本,我们通过对进出料系统、温度补偿等装置,以及部分电气系统和机械系统的改造,加工中心的进出料系统采用气动式装置,加工中心的驱动轴采用SIMODRIVE 611D伺服驱动,从而使设备恢复原貌。
2加工中心结构的构成
加工中心主要包括主轴驱动、液压系统、进给轴驱动、上下料装置、润滑装置、刀具管理等,由直流电机作为主轴(SP軸,其作为旋转轴,可分为高速和低速旋转,并带电动换挡结构,主轴电机采用原来加工中心的直流电机,由ABB公司生产的M3AA 250 SMA-4型电机:横向轴为X轴、纵向轴为Z轴(对着主轴),其中Y轴为虚拟轴,需要适配第三几何轴„ X轴和Z轴的位移检测元件采用的是绝对值编码器,通过液压驱动控制X轴和Z轴的位移量。这样通过三轴联动,可以对金属圆筒部件进行热旋压。
3西门子840D数控系统简介
西门子 840D、SIMODRIVE611D 数字驱动和 S7-300PLC,用MTS位移传感器作为位置和速度检测元件,通过伺服H控制油缸活塞的位移量,经各信号的相互传递,构成全数字闭环控制系统„该系统适于加工中心各式各样复杂部件的加工任务,并有其精度高的特点。它由N⑶(数控单元)、MMC、PLC等部件构成该数控系统,并用总
线相连各部件来完成信号的传输任务。
3 1 NCU控制模块
NCU单元是西门子840D数控系统中的中央控制单元,它为系统的核心,负责处理CNC的一切功能及加工中心的控制,它与611D伺服驱动的总线连接,用来接收数控指令并向系统提供信号反馈;NC和S7-300PLC内的CPU都一起集成在NCU模块中,与MMC、主轴驱动、伺服驱动等连接。
3.2人机界面
它是MMC和OP建立的西门子840D与操作者互相交互的界面,是执行NC数据的输入以及数据的显示,其中OP单元,带有10.4寸的TFT显示屏、NC键盘;MMC是一台小型计算机,并带独立的CPU、硬盘和软驱,其中PCU是p操作面板匹配而设计的MMC模块,该加工中心为PCU50,并配有高级HMI,同时带有WINDOWSNT4.0,用于人机可视化交互,如编程、诊断等功能;其中MCP是数控操作台上有用户自定义功能按键的操作面板,通过MP总线连接各模块,主要控制加工中心的相关动作、主轴以及进给轴。
3 3 PLC控制模块
PLC模块是NCU的子模块,由电源模块Cp3和接口模块to!以及信号模块(S妯等组成,用于加工中心的控制与监控。其中电源模块_是PLC和NC的供应电源;接口模块W是用在不同等级的互连:信号模块feivil有DI型feM32l)、DI/DO型(SM32》、DO型feM323等。其中西门子公司提供的840—包含有加工中心的部分程序,安装下载后可实现主轴的旋转以及X轴和Z轴的控制,还可以增加用户自定义的程序来实现液压、气动、润滑、冷却等辅助控制,这些功能需要在SIMATIC Manager软件上编程才能实现。
4加工中心设计
4.1进给驱动控制原理
该加工中心系统是全闭环控制系统,采用MTS磁制伸缩式位移传感器,为其提供位置反馈和速度反馈,其输出为绝对数值SSI数宇输出,有着控制精度高,信号不漂移及变值的特点;在伺服油缸中装有浮动永磁磁环,当磁环移动时上下感测到的位移即为活塞的位移。当CNC发出指令时,信号通过NCU各总线传递给伺服驱动系统,当位移传感器检测的位置不在指令发出的位置时,它通过位置控制电路输出±10V的电压信号,传送到伺服编码器使能端(D和E端),控制液压缸活塞的位移置,同时,位移传感器输出0-10V的速度信号,反馈给加工中心,位移传感器发出的位置和速度反馈信号传输到系统后,对伺服阀作出相应的位置和速度调整,从而对进给轴的位移和速度实现精确控制,并在人机界面中显示出来;当位置传感器检测到CNC给出的指令一致时,位置控制电路系统停止发出±10V电压信号,从而进给轴停止。如图1。
4.3上下料装置的改进
为了安全,降低成本,操作简单,我们采用气缸作为上下料装置,首先把金属圆筒经过中频加热到一定的温度后,把加热好的料进入旋压机加工时,用小车把料推向旋轮底部,再用顶料气缸把料推向旋压机卡爪内,通过卡爪夹紧、加热补偿,主轴旋转,进行热旋压;完成后,出料时,首先出料气缸把小车推向出料口,卡爪松开后,顶料杆把金属成形圆筒推出到小车上,推出来后,小车再慢慢退回到出料的初始位置,进行自动下料,从而实现上料和下料的全部过程。图3为上下料装置。
5.机床调试
5.1 PLC程序设计加工中心的外部动作由MCP操作面板的用户自定义区域在PLC中设定地址,其主轴和X轴、Z轴也在MCP控制面板上„通过线路检查合理后方可试车,调试时,首先对系统的PLC程序及NCK数据总清,PLC程序才能调试。通过安装840dtoolb〇x后,打开S7-300软件就能打开gp8x0d65这个文件夹的程序,下载到CPU中,然后对FC功能块进行调试,下载成功后,MCP上的灯不再闪烁,同时对加工中心的各轴参数进行修改后,各轴就可以正常工作,同时还需对加工中心数据以及PLC数据备份„通过PLC的编程,能够对系统的各种信号进行处理,与对轴的定位控制以及外围的控制。
5.2报轚文本制作
当加工中心发生故障时,显示屏上会提示故障信息及故障代码,同时,加工中心可能停止工作,以提醒操作者采取适当的措施去处理该机床,为加工中心的维护提供了便利。报警由系统报警、用户报警组成,其中系统报警是加工中心在出厂前已经编辑好的报轚文本,这些报轚的代码可以通过《西门子840D诊断手册》查阅该报警的具体问题及解决措施。
用户报警文本制作:
在制作用户报警时,首先要在MBDDE.INI文本中进行相关设置,同时还需要具备三个条件才能实现:
0) PLC程序处理相应报譬信号
用户自定义报警共有25组号码,每一组有64个号码与之对应,如DB2.DBX184.3对应的报警号为700035,如图4。在编写PLC程序时,要对该加工中心的报警编写合适的报警号,以便出现故障时查验。为实现报警,还需触发相应的报警信号在NC设置的激活动作。
该加工中心发出的报警帮助信息则由NC自动处理,但出厂时设置的加工中心报警及操作信息经接口信号传送到DB2进行处理,这些信号再通过功能块FC10经PLC传递给MMC和NC,并且在MMC上显示报警信息和故障代码。当加工中心报警信号由0变为1时,报警信息在MMC上立刻显示,由1变到0时,只要操作者按下复位键,系统及时复位,报警代码消失,如图5所示。
系统
当我们需要编写英文报警文本时,需在MMC中的Microsoft的Dos环境中的ASC n编辑器中编写,但编写中文报警文本时,必须通过个人电脑安装的winpcin软件编写中文报警信息并把MYPLC-CH.COM文件传输到mb.dir文件中才能实现该报警。
6结束语
该加工中心通过改造后运行比较稳定,功能强大,程序设计简单,维护方便,加工精确度得到提高,降低了设备维修成本,提高了设备利用率。
伯特利数控是一家集销售、应用及服务于一体的公司。产品包括:CNC加工中心、钻攻中心、龙门加工中心、雕铣机、石墨机、五轴加工中心、立式加工中心、卧式加工中心等。我们机床的生产工厂设在广东省东莞市,目前其生产的加工中心70%出口,其中出口到欧洲占到50%。我们尽心、尽力、尽意的服务!
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