1、1.機(jī)床簡(jiǎn)介 意大利COMAU URANE 25 V3型加工中心（以下簡(jiǎn)稱V3加工中心）控制系統(tǒng)采用西門子840D數(shù)控系統(tǒng)、主軸采用Kessler的30kw高速電主軸、XYZ三個(gè)直線軸采用西門子直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)高速機(jī)械加工。 圖1 加工中心的最大特點(diǎn)是帶有自動(dòng)換刀裝置，V3加工中心就帶有一個(gè)或者兩個(gè)圓盤式刀庫(kù)，最多可裝24把HSK 63刀具，兩個(gè)刀位之間的距離為100mm，單把刀具的最大重量為4kg，刀庫(kù)所有刀具總重量最大48kg，刀具最大尺寸限制? 160 275。2.傳統(tǒng)輔助功能實(shí)現(xiàn)換刀 數(shù)控機(jī)床中的輔助功能也稱M功能，通常機(jī)床的換刀是通過(guò)M功能中的M6實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)NC執(zhí)行的零件加工程

2、序中遇到換刀指令M6時(shí)，NC會(huì)將M指令的代碼號(hào)寫入到專門存放通道M代碼的數(shù)據(jù)塊DB21中，PLC接到M指令的信號(hào)就向NC發(fā)出程序讀入禁止信號(hào)，使NC處于等待狀態(tài)不繼續(xù)執(zhí)行程序，PLC到數(shù)據(jù)塊內(nèi)讀取M代碼的信息，在程序內(nèi)部進(jìn)行譯碼，譯碼完成后通過(guò)外部機(jī)械裝置進(jìn)行換刀動(dòng)作，換刀完成后發(fā)出M代碼執(zhí)行完成信號(hào)，同時(shí)取消讀入禁止信號(hào)，NC繼續(xù)執(zhí)行后面的程序，換刀過(guò)程結(jié)束(如圖2)。 圖23.宏程序?qū)崿F(xiàn)換刀參數(shù)功能 在V3加工中心的加工程序里，換刀程序通常是帶有參數(shù)的，例如： T=Q5 M6(1，3.42，17999，180) 上面程序中的換刀指令M6帶了4個(gè)參數(shù)。第一次看到這樣的程序也許都會(huì)感覺(jué)很奇怪，

3、M功能怎么可能帶參數(shù)，是不是寫錯(cuò)了？實(shí)際上程序沒(méi)有錯(cuò)，我們來(lái)分析一下M6帶參數(shù)是如何實(shí)現(xiàn)的。 首先引入一個(gè)宏指令的概念，西門子NC編程中的宏指令，是指單個(gè)的指令組合成一個(gè)新的總指令，帶自己的名稱。G功能、M功能和H功能或者L子程序名也可以作為宏指令編制。在程序運(yùn)行中調(diào)用該宏指令時(shí)，可以在該宏指令名下，一個(gè)接一個(gè)地執(zhí)行編程的指令。宏指令使用總是反復(fù)的指令序列，人們僅編程一次，在一個(gè)自身的宏指令模塊中作為宏指令，或者僅在程序開(kāi)始處出現(xiàn)一次。該宏指令可以在任意一個(gè)主程序中或者子程序中調(diào)用并執(zhí)行。宏指令用關(guān)鍵字DEFINEAS標(biāo)識(shí)。 V3加工中心的自動(dòng)換刀程序就是通過(guò)使用宏指令來(lái)實(shí)現(xiàn)帶參數(shù)運(yùn)行。在84

4、0D數(shù)控系統(tǒng)中，有專門的目錄/_N_DEF_DIR用來(lái)存放用戶數(shù)據(jù)定義程序（見(jiàn)表1）。 表1 表2 這樣我們就明白了程序里的M6(1，3.42，17999，180)并不是執(zhí)行機(jī)床的輔助功能代碼，而是調(diào)用宏程序，由于CHG_OUT.SPF這個(gè)程序是一個(gè)帶參數(shù)傳遞的子程序，因此在用M6調(diào)宏程序時(shí)當(dāng)然就能帶參數(shù)了。數(shù)控仿形銑原數(shù)控系統(tǒng)介紹機(jī)床整體描述FOREST-LINE 3+2軸數(shù)控仿形銑床為龍門式加工中心，工作臺(tái)臺(tái)面2m4m，載重30t，X軸行程4500mm，Y軸行程3000mm，Z軸行程1200mm，W橫梁軸行程640mm。數(shù)控仿形銑加工中心配有刀具庫(kù)和附件庫(kù)，刀具庫(kù)為旋轉(zhuǎn)盤式，可容納30把刀

5、具;附件庫(kù)有3個(gè)附件頭，它們分別為：RM40多功能銑頭、AL40加長(zhǎng)銑頭、護(hù)板銑頭。數(shù)控仿形銑加工中心有1個(gè)主軸;7個(gè)數(shù)控軸：X軸、Y軸、Z軸、A軸、C軸、刀庫(kù)軸、附件軸;一個(gè)PLC軸：W橫梁軸。其中X/Y/Z三軸可插補(bǔ)聯(lián)動(dòng)，若使用RM40多功能銑頭則增加A軸和C軸，C軸由主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)，且A軸和C軸均由鼠牙盤定位;W軸為橫梁軸，不屬于數(shù)控軸，由受控于數(shù)控系統(tǒng)PLC的一臺(tái)LS變頻器驅(qū)動(dòng)，只有上下兩個(gè)極限位置，屬PLC軸。由以上描述知3+2軸數(shù)控仿形銑加工中心實(shí)際上指插補(bǔ)聯(lián)動(dòng)的X/Y/Z三軸加上能實(shí)現(xiàn)斜面加工的A/C兩軸。X、Y、Z三軸的位置反饋采用HEIDENHAIN LB326光柵尺，經(jīng)EXE

6、進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)接后聯(lián)入NUM760F。W軸橫梁軸由LEROY SOMER變頻器進(jìn)行高低兩位置的調(diào)節(jié)控制。機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)改造前配置簡(jiǎn)述SINUMERIK 840D數(shù)控系統(tǒng)在數(shù)控銑上的組態(tài)描述840D系統(tǒng)改造主要配置列表工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)版權(quán)所有，如表1所示。機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)改造后的配置簡(jiǎn)述NCU 數(shù)控單元數(shù)字控制核心NCK的硬件裝置。NCU單元集成了SINUMERIK 840D CNC CPU 和S7-300 PLC CPU 芯片，包括數(shù)控軟件和PLC軟件。數(shù)控銑系統(tǒng)選型為NCU573.5;人機(jī)交互裝置數(shù)控銑加工中心選用PCU50，其人機(jī)操作界面選用OP010及MCP，兩者建立起SINUMERIK 840D系統(tǒng)

7、與機(jī)床操作人員之間的交互界面。同時(shí)配備HHU手持單元?？删幊绦蚩刂破鱌LCSINUMERIK 840D系統(tǒng)集成了S7-300-2DP 的PLC，并通過(guò)通訊模塊IM361擴(kuò)展外部的I/O 模塊。數(shù)控銑系統(tǒng)選型為S7-317-2DP。驅(qū)動(dòng)裝置數(shù)控銑系統(tǒng)伺服驅(qū)動(dòng)選型為SIMOD RIVE 611D，配以1FT6/1FK6系列進(jìn)給電機(jī)和1PH7系列主軸電機(jī)。數(shù)控銑數(shù)控系統(tǒng)安裝布置示意圖如下如圖2所示：數(shù)控銑數(shù)控系統(tǒng)配置概述外掛系統(tǒng)的組成X、Y、Z三軸的位置反饋仍采用HEIDENHAIN LB326光柵尺，經(jīng)SIEMENS SUV進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)接后聯(lián)入840D系統(tǒng)。W軸橫梁軸仍采用受控于840D系統(tǒng)PLC的

8、LEROY SOMER變頻器進(jìn)行高低兩位置的調(diào)節(jié)控制。CAD/CAM三維圖形編程仍采用CIMATRON E，但其后置處理程序是針對(duì)840D系統(tǒng)重新編制的。測(cè)量系統(tǒng)仍采用RENISHAW測(cè)頭，但改用無(wú)線接收的找正系統(tǒng)。圖3示出系統(tǒng)配置圖。圖3 數(shù)控銑840D數(shù)控系統(tǒng)配置示意圖SINUMERIK 840D系統(tǒng)在數(shù)控仿形銑改造中自動(dòng)換刀程序的編制在采用SINUMERIK 840D改造數(shù)控銑數(shù)控系統(tǒng)的工作中，自動(dòng)換刀程序的編制為一個(gè)難點(diǎn)。在機(jī)床加工過(guò)程中，依據(jù)零件加工程序中對(duì)刀具的要求對(duì)刀庫(kù)中30把刀具中的目標(biāo)刀具進(jìn)行準(zhǔn)確地選擇換刀、自動(dòng)補(bǔ)償、自動(dòng)連續(xù)加工;有時(shí)候需先退刀ZAOCHE168 版權(quán)所有，

9、然后更換合適所選刀具的附件頭，最后再掛刀加工; 有時(shí)候則需根據(jù)所要更換刀具或附件的長(zhǎng)度要求自動(dòng)調(diào)整橫梁W軸的高低位，這就是自動(dòng)換刀程序要實(shí)現(xiàn)的功能，特別是后兩種情形較為復(fù)雜，對(duì)于換刀、換附件、橫梁換位后進(jìn)行連續(xù)加工時(shí)各軸定位的精度要求非常高，故程序編制較為復(fù)雜。宏程序的編制數(shù)控銑系統(tǒng)改造中自動(dòng)換刀程序主要是通過(guò)編寫宏程序，聯(lián)系相關(guān)機(jī)器參數(shù)、接口信號(hào)及PLC程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的。與自動(dòng)換刀程序有關(guān)的宏程序列表如下：CONTROL1/ CONTROL2 (保護(hù)蓋板拾起/卸下控制程序)CONTROL3/ CONTROL4 (AL40拾起/卸下控制程序)CONTROL5/ CONTROL6 (RM40拾起/卸

10、下控制程序)CONTROL7(主軸刀具返回刀庫(kù)控制程序)CONTROL8/ CONTROL9 (系統(tǒng)取刀/刀具返回控制程序)CONTROL10(刀具自動(dòng)交換程序)CONTROL11/ CONTROL12 / CONTROL13 (保護(hù)蓋板/ AL40/ RM40自動(dòng)交換控制程序)CONTROL14/ CONTROL15 (A軸夾緊/松開(kāi)控制程序)CONTROL16/ CONTROL17 (C軸夾緊/松開(kāi)控制程序)CONTROL18-CONTROL21 (C軸旋轉(zhuǎn)0/90/180/270控制程序)CONTROL22/ CONTROL23 (橫梁上升/下降控制程序)CONTROL35/ CONTR

11、OL36 (X,Y,Z軸/U,V軸回零控制程序)上述與自動(dòng)換刀有關(guān)的宏程序有部分被定義為M功能由零件加工程序直接編程時(shí)使用，有些則由宏程序在其內(nèi)部調(diào)用，如CONTROL1-CONTROL9。R參數(shù)在編程中的應(yīng)用R900/ R903/ R906 工作區(qū)附件為保護(hù)蓋板/ RL40/ RM40時(shí)，換刀時(shí)刻Y軸位置R902/ R905/ R908 工作區(qū)附件為保護(hù)蓋板/ RL40/ RM40時(shí)，換刀時(shí)刻主軸位置R910/ R911/ R912 換附件時(shí),Y軸/Z軸/主軸位置R913 橫梁高位到低位距離R916 換刀時(shí)減速距離R917 換刀時(shí)刀具提升距離R918/ R919換附件時(shí)Z軸下降/上升減速距離

12、R940/ R941A軸/C軸位置接口信號(hào)的使用840D系統(tǒng)的接口信號(hào)是非常繁雜的，正確合理使用接口信號(hào)進(jìn)行編程是設(shè)備穩(wěn)定工作的前提，下面只針對(duì)數(shù)控銑自動(dòng)換刀編程中的接口信號(hào)進(jìn)行簡(jiǎn)介。M功能定義與自動(dòng)換刀有關(guān)的宏程序有部分被定義為M功能，M功能在零件加工程序中可以直接編程使用。連接M功能的接口信號(hào)為通道信號(hào)ZAOCHE168 版權(quán)所有，因只使用了通道1，故M功能由DB21數(shù)據(jù)塊DBB194開(kāi)始的后續(xù)字節(jié)解碼。涉及數(shù)控銑自動(dòng)換刀的M功能對(duì)應(yīng)的接口信號(hào)及定義如下：宏變量定義信息報(bào)警接口信號(hào)簡(jiǎn)述以65000開(kāi)始的故障信息主要在宏程序中編制，出故障時(shí)需調(diào)看相應(yīng)宏程序內(nèi)宏變量的狀態(tài)，宏變量對(duì)應(yīng)的接口信號(hào)

13、如上節(jié)所述。涉及自動(dòng)換刀的該類故障報(bào)警有10條。以700000開(kāi)始的故障信息主要在PLC程序中編制，其對(duì)應(yīng)的接口信號(hào)區(qū)域?yàn)镈B2.DBB180-DB2.DBB379。涉及自動(dòng)換刀的該類故障報(bào)警有32條。STEP 7程序結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)述FC32 系統(tǒng)初始化FC33 X/Y/Z進(jìn)給軸FC34/ FC35 A軸/主軸FC36/ FC37 刀庫(kù)U軸FC38 附件庫(kù)V軸FC39 PLC-NCK接口信號(hào)FC40 機(jī)床液壓、潤(rùn)滑系統(tǒng)FC41/ FC42 橫梁W軸FC45/ FC46 C軸FC68 HHU手持單元FC70 報(bào)警處理FC71/FC73 用戶故障報(bào)警FC72/FC74 用戶信息報(bào)警DB2 PLC信息DB1

14、0 NCK接口DB11 工作方式組接口DB21 NC通道接口DB31/DB32/DB33 X軸/Y軸/Z軸DB34/DB37 C軸/A軸DB35/DB36 U軸/V軸機(jī)床數(shù)據(jù)840D數(shù)控系統(tǒng)機(jī)床數(shù)據(jù)是非常繁雜的，正確合理地配置機(jī)床數(shù)據(jù)是設(shè)備穩(wěn)定工作的前提，配置調(diào)試機(jī)床數(shù)據(jù)需要豐富的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)和技巧，在這里就不對(duì)數(shù)控銑的機(jī)床參數(shù)一一描述了，只針對(duì)SINUMERIK 840D系統(tǒng)機(jī)床數(shù)據(jù)的區(qū)域分類進(jìn)行簡(jiǎn)介。840D系統(tǒng)機(jī)床數(shù)據(jù)可分為如下幾個(gè)區(qū)域：1000-1799 驅(qū)動(dòng)機(jī)床數(shù)據(jù)9000-9999 顯示機(jī)床數(shù)據(jù)10000-18999 通用機(jī)床數(shù)據(jù)20000-28999 通道機(jī)床數(shù)據(jù)30000-3899

15、9 軸機(jī)床數(shù)據(jù)41000-41999 通用設(shè)定數(shù)據(jù)42000-42999 通道設(shè)定數(shù)據(jù)43000-43999 軸設(shè)定數(shù)據(jù)SIEMENS產(chǎn)品的應(yīng)用體會(huì)，凡是熟練使用過(guò)SIMATIC軟件的工程師都能夠很快地學(xué)習(xí)掌握SINUMERIK的產(chǎn)品選型、網(wǎng)絡(luò)組態(tài)、設(shè)計(jì)編程等技巧。接觸和學(xué)習(xí)SIEMENS自動(dòng)化產(chǎn)品已有十余年了，從早期的S5 PLC到現(xiàn)在的各類SIEMENS產(chǎn)品，從軋鋼設(shè)備到汽車生產(chǎn)設(shè)備，熟悉和掌握自動(dòng)化產(chǎn)品及數(shù)控產(chǎn)品的編程設(shè)計(jì)是鋼鐵聯(lián)合企業(yè)及汽車生產(chǎn)廠家設(shè)備工程師所必需的漢陽(yáng)科技，SIEMENS全系列產(chǎn)品為此提供了一個(gè)很好的平臺(tái)，所以我對(duì)SIEMENS倡導(dǎo)的“全集成自動(dòng)化”理念又多了一層理解：“全集成”不僅是項(xiàng)目的集成，也是產(chǎn)品的集成 ，就向汽車廠家的“平臺(tái)理論”一樣，它們將是一個(gè)公司、一