关于三菱M70系统的数控磨床改造


某用户的一多齿轧辊磨床其控制系统原采用专用计算机,后因使用年久,其控制显示系统老化无法正常工作,需要进行改造。经过综合分析,笔者决定采用三菱M70 数控系统对其进行改造。该磨床经改造后其功能满足了客户的各项要求,而且提高了系统可靠性和加工程序的编程柔性,现将改造调试过程及磨床程序的编制做一介绍。
一.     基本配置
该多齿轧辊磨床的机械部分可以保持留用,其运动轴如下:
  1.) 工作台移动轴――该轴带动工件做循环往复运动,承重量大.
2.)分度轴――由于磨削对象是多齿轧辊,而且轧辊的齿数也经常变化,所以要求CNC 系统有很高的分度精度.
3). 磨削砂轮轴――该轴驱动磨削砂轮上下运动,还必须与工作台移动轴做插补运动。
4). 修刀器轴――该轴驱动修刀器上下运动,实现对主砂轮的修磨。
本次改造采用的数控系统是三菱M70系统,其主要配置如下:
1.     控制器:三菱M70;
2.     伺服驱动器:MDS-C1-V2-7035
3.     伺服驱动器:MDS-R-V1-80;
4.     伺服驱动器:MDS-R-V1-20;
5.     伺服电机:HA700NC-SR/OSE104;(7KW/2000RPM)
6.     伺服电机:HA100NC-S/OSE104; (2KW/2000RPM)
7.     伺服电机:HF354S-A48(3.5KW/2000RPM)
8.     伺服电机:HF105S-A48(1KW/2000RPM)
9.     电源单元:MDS-C1-CV110
 在该配置中,有四套伺服电机,其中
A) HA700NC ――7KW电机  用于工作台往复运动,该轴为X轴。加工工件置于工作台上;
B) 伺服电机HA100NC  2KW  用于Z轴,Z轴用于驱动主砂轮上下运动,Z 轴可以与X轴做插补运动,
C) 伺服电机 HF354S-A48  3.5KW电机用于分度轴,带动工件旋转分度;多齿轧辊磨床最主要的功能就是需要分度。
D)  伺服电机 HF105S-A48伺服电机 用于驱动砂轮修刀器。
  主砂轮的旋转通过变频器控制,转速可以通过CNC 系统控制。
  整个系统的制动为“电源再生制动”。所以系统配备了电源再生单元:MDS-C1-CV110;
本系统的配置特点是:成本低。对于大功率伺服电机采用了“一拖二”双驱动器;即采用一台驱动器MDS-C1-V2-7035   控制两台伺服电机。该驱动器能控制一台7KW电机和一台3.5KW电机。本工程中使用的是一台7KW电机和一台2.0KW电机。
另一特点是不同类型的驱动器共用,在本系统配置中,使用了MDS-C1型驱动器 和MDS-R型驱动器. 这是因为MDS-R型驱动器所能驱动的电机范围最大是3.5KW,而且其价格便宜,所以在一套M70CNC中使用了不同类型的驱动器。在本系统中,不同驱动器的排列也不受限制,其轴号由驱动器上的旋钮确定。
 
二.   调试中的问题及故障排除
   2.1   Z轴速度问题及对“电子齿轮比”的分析
该磨床的Z轴为驱动主砂轮箱上下运动的轴,其机械部分部件繁多,重量大,因此除了采用配重平衡其重量外,还配用了减速比达60 的齿轮箱,这样可以减少对伺服电机工作扭矩的要求,选用额定扭矩较小的电机以降低成本。
配用在Z轴上的伺服电机为HA100NC-S,其额定速度2000RMP, Z轴螺距为10mm,减速比=60,因此
Z轴实际额定速度=[2000/60]*10
               =  333mm/分
这一速度对自动加工时,仅仅做微小距离的修刀量移动尚可满足。
但是要做圆弧插补运行,其速度就受到了限制。
有什么办法能提高Z轴的速度吗?厂家提出是否可以用“电子齿轮比”来进行调节?
通用伺服系统可以通过调整“电子齿轮比”来调整“指令脉冲”与“进给距离”的关系;确定 “电子齿轮比”的几个因素是:
1.)编码器每转反馈脉冲;(即驱动电机一转所需要的脉冲)
2.)机械减速比;
3.)螺距;
由以上参数经过计算可以获得每一脉冲对应的运行距离。而每秒钟发出的脉冲数即确定了运行速度;
而在数控系统中,没有专门的“电子齿轮比”参数,
但实际上在三菱 M70CNC中由于有下列参数:
1. #2219------编码器分辨率
2 #2218------螺距;
3 .#1003----输入指令单位
#2201----电机侧齿轮数
#2203----机械侧齿轮数
当以上参数设定后,NC 内部已经计算出了电子齿轮比。
其中参数#2218, #2219其含义比较明确,
参数#1003-----设定“输入单位”; #1003是NC 内部进行计算的基本单位;
一般操作者只在为“自动程序”包括(MDI)编程时设定各轴运行位置,这时输入的数字就受到“输入单位”的影响。这是很显然的。
另外,在进行“螺距补偿”和“反向间隙补偿”时, 其单位只有#1003的1/2, 即能进行更精确的补偿,例:
当“螺距补偿”和“反向间隙补偿”值为100, 实际补偿值仅仅为50;这就是#1003对其他参数的影响;
  与之相近的另一参数是#1015-----移动指令单位。既然已经设定了#1003, 那#1015又起什么作用呢?#1015的定义是“程序移动量的最小单位”
为了满足编程的方便性,可以采用不同单位,可以与#1003相同,也可以与#1003不同,但仅仅只对程序中的移动量起作用,对其他参数不起作用。必须注意:如果在程序移动量中使用了小数点。则数值以“毫米”为单位; 
一般来说参数#2201 #2202构成一个齿轮箱。#2201—是连接在电机轴上的齿轮数,#2202—是连接在机械轴上的齿轮数;而实际现场,多只知道齿轮箱的减速比,故一般设定#2201=1,#2202=齿轮箱减速比,但如果减速比是小数,则可以设定#2202/#2201=减速比;
对#2201,#2202 的功能做过实验。在同样的速度指令下,增加#2201数值,速度变快。增加#2202数值,速度变慢。
  以上是对数控系统内与“电子齿轮”有关参数的功能和使用的分析;
从机械结构的角度来看:砂轮箱的运动速度由电机速度-减速比-螺距三因素决定,电机速度的最大值就决定了砂轮箱(Z)的最大速度。调节电子齿轮比只能调节每一指令单位对于的实际移动距离,而无法改变实际“最大速度”的值。
所以最大速度必须在对电机选型时予以充分考虑。在本改造项目中,自动运行时Z 轴的进给量在0.01—0.03mm之间。按Z轴 额定速度:333mm/m计算,运行时间在0.0018—0.0054秒,所以能够满足自动运行的要求。对于手动运行而言,设定额定速度为手动速度,基本满足客户要求。但今后在对老旧设备改造时,对于配有大减速比齿轮箱的运动轴必须核算其额定工作速度,选用适当的电机。
 
2.2             插补速度的限制;
该系统调试完毕,在实验其加工程序时出现下列情况:
2.2.1 运行自动加工程序时,走直线插补,
 G90 G1 X1200.Z0.03 F1200.
实际运行速度可以达到程序指定的运行速度F1200;
2.2.2运行自动加工程序 走圆弧插补:
N20 G91G03 Z0X1000. R#6 F1000 (R#6为计算圆弧半径)
却出现实际运动速度达不到程序指定的速度F1000,
而是受制于Z轴“G1限制速度”, “G1限制速度”由参数#2002设定。该数值即Z轴额定速度――333mm/m
这令人迷惑。如果说插补速度受到Z轴“G1限制速度”的限制,
为何走直线时不受限制而在走圆弧时限制呢。这个问题提出来就教与高手。
2.3            Z55报警及其排除;
该系统调试完毕试加工时经常随机出现“Z55.RI/O未连接”报警,使自动加工中断。
也有 三菱CNC 开机时,即使没有连接 远程I/O单元。也会出现“Z55 远程I/O单元 未连接”报警。为什么会这样呢?
Z55 报警的一般原因是:在控制器和 RI/O 之间的通讯出现了故障:“Z55报警” 实际是通讯中断或紊乱。而不是“RI/O未连接”
所以下列情况可能会引起Z55报警。
1.   当控制器与基本I/O之间的通讯电缆CF10插头松动或出现电缆故障时,会出现Z55报警。
2.       当主电机回路绝缘不好时出现过Z55报警。这是电机的接地线    和RI/O连接电缆R211的屏蔽线共地引起的故障.
3.      SH41电缆也可以用于RI/O连接。SH41电缆没有屏蔽线。 在较长距离连接时使用了SH411电缆。 由于其没有屏蔽线接地,会受到外部干扰也出现Z55报警。(特别是电柜内装有变频器时)而且其报警出现是随机的,没有规律。
4.     上电顺序不对也会出现Z55报警;
所以排除Z55报警的方法如下
1.  检查连接电缆的选择是否正确以及是否有脱线或虚焊。
必须注意:当控制器与RI/O 在同一控制柜内时。可以用SH411
电缆。如果控制器与RI/O不在同一控制柜内时,必须使用“FUCA-R211”电缆, “FUCA-R211”电缆带有屏蔽线,其屏蔽线必须接地。(FG端子)。
本次改造项目中出现的报警就是连接电缆无屏蔽线,而且电柜内又有变频器。改用带屏蔽线电缆后故障解除。
2. 对RI/O 的供电是否正常。检查电源的容量和电压;。
3. RI/O 单元硬件有故障。
 
三.    磨削程序的结构
3.1 轧辊磨床的基本工作顺序
  多齿轧辊磨床对工件的磨削过程有其特殊性,在编制程序前,仔细观察其他磨床的工作过程,听取客户的要求是非常必要的。经过仔细观察,总结轧辊磨床工作的基本工作顺序如下:
1.      单齿磨削;
2.      由多个单齿磨削构成全齿磨削――整圈磨削;
3.      由多个整圈磨削构成全磨削加工程序;
由于单齿磨削构成了整个磨削程序的基础,所以对单齿磨削过程进行了仔细的观察和分析,总结单齿磨削的动作顺序如下:
1.)装卸工件轧辊;
2.)修刀器(Y轴)上升到修磨基准位;(对刀线);
3.)主砂轮下降到修磨砂轮位置;
4.)工作台(X轴)前进执行砂轮修磨
5.)工作台(X轴)往复运动执行工件修磨;
6.) 分度轴分度
3.2.客户对加工程序的要求:
1.     )由于待修磨轧辊的齿数不同,要求系统能实现任意的分度。
2.     )轧辊每一齿修磨称为单齿修磨。单齿修磨分为粗磨和精磨。 单齿粗磨是指主砂轮对轧辊每一齿只修磨一次。即工作台只走一个单向行程。单齿精磨是指主砂轮对轧辊每一齿修磨2次。即工作台走双向行程。
3.     )精磨粗磨即可以是直线磨削也可能是圆弧磨削。
4.     )主砂轮的每次修刀量是可以任意设定的。
5.     )每一轧辊的全齿数修磨称为一圈修磨。一圈修磨也分为粗磨和精磨。每一圈的磨削量可以任意设定。
6.     粗磨的圈数和精磨的圈数要求可以任意设定。
 
3.3   加工程序的编制原则:
   经过对客户要求的仔细分析,制定了编制磨床加工程序的原则:
1.      )以单齿的粗磨循环做为一个子程序;
2.      )以单齿的精磨循环做为一个子程序;
3.      )以N个单齿粗磨循环构成为一个“整圈粗磨子程序”;
4.      )以N个单齿精磨循环构成为一个整圈精磨磨子程序;
5.      )由N个整圈粗磨子程序和N个整圈精磨子程序构成整个磨削加工程序;
6.      )所有需要设置的数值均以变量表示。
 
现以单齿精磨子程序为例进行说明:
       单齿精磨子程序  P9000
N8 G91G1 Zz F300---(Z轴下降一修磨量)
N9 G90 G1Yy F400--(Y轴运动到修刀基准位置)
N10 G90G0Xx1----------(X轴正向快进到砂轮修磨点)
N15 G90G1Xx2  F100----(修砂轮行程)
N20 G90G0Xx3-----------(辅助行程)
N25 G90G0Xx2----------(换向辅助行程);
N30 G90G1Xx1 F100----(修砂轮行程)
N35 G90G0Xx5-----------(X轴运动到工件起点)
N38 M20-------------------(标定当前磨削齿数)
N40G90G1Xx6  F200----(X轴负向运行磨工件)
N45G90G1Xx5  F200 ----( X轴正向运行磨工件)
N50 G91G1A#100 F100—(分度轴执行分度)
  
单齿磨削构成了加工程序的基础。 整圈磨削程序的编制是在其基础上完成。整圈磨削程序如下:
 
3.4  整圈精磨子程序
N10  M98  P9000 L#127;
M98-是调用子程序命令。P9000---是被调用的子程序号。L#127—是调用子程序的次数,#127是一变量,其数值为轧辊的齿数,实际操作中为保证加工质量,该数值=齿数+2
     单齿粗磨子程序和整圈粗磨程序与精磨程序类似。
由此可以构成整个加工程序。
四.PLC 程序于加工程序的关系
加工程序与PLC程序有密不可分的关系。特别是加工程序中发出的M指令必须在PLC程序中加以处理用以驱动外围设备和实现一些特殊的要求。
 在本次设备改造中,除常规的主轴正转,主轴停止,开关冷却液等功能外,客户还要求能够系统能够显示当前正在磨削的“圈数”和“齿数”。
在三菱CNC 操作界面上,能够显示数据的有“刀号T”和“加工件数”。磨床上没有使用 “刀号T”,故可用其来显示“加工圈数”。
4.1“当前磨削齿数”的处理
“当前磨削齿数”可以通过设置为“加工件数”来显示。具体操作方法为:
设置加工参数 #8001=20; 其含义是定义M20 为工件计数标志。当加工程序中出现M20时,就进行一次计数;相应地
在单齿精磨子程序  P9000 程序中,编制
N38  M20-------------------(标定当前磨削齿数)
就可以在屏幕上的工件计数位置观察到齿数的变化。
4.2 加工圈数的显示:
在加工程序每一圈加工开始位置编制程序(下例是在第2圈加工开始位置)
#1132=2;  ――(标定“当前磨削圈数=2”)
 
#1132是一NC内部变量,其对应PLC内的R172接口;
所以必须在PLC 程序内做如下处理;

即将文件寄存器R172 内的数值随时送入到“刀号寄存器R36”中,这样就可以随时观察到“当前磨削圈数的变化。
 
结语: 该磨床经改造后,运行稳定,加工程序能适应不同齿数的轧辊磨削,用户满意。

标签: 三菱  M70  
分类: 机床讨论  
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