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MCFHD80A卧式加工中心控制系统设计

数控产品网 www.cncproduct.com   2014-06-10   来源:网络转载   阅读:583次

本文主要介绍对mcfhd80a卧式加工中心进行数控改造的过程。

   mcfhd80a卧式加工中心系东风车桥公司生产减速器壳体的数控机床。该机床90年代初从捷克进口,原控制系统为西门子820m数控系统,由于系统老化,运行不稳定,故障频繁,因此提出数控改造。

一、数控系统硬件配置

  机床的数控改造采用fanuc-0i-mc数控系统+αi系列交流数字伺服的控制方案,其硬件配置如图1所示。

图1 硬件配置图

  mcfhd80a加工中心除三个基本几何轴外,还有一回转工作台也是采用伺服驱动。因此伺服轴共有4个轴,分别是x、y、z、b。其中x,y,z三个基本轴均采用光栅尺直接检测工作台的位移量,构成全闭环控制。

  其刀库为液压驱动的链式刀库,可容纳60把刀,刀具交换采用机械换刀。

    控制系统硬件的主要组成

  基本控制单元(2槽):规格为a02b-0309-b502;
  主板:规格为a02b-0309-h102。它内含可编程机床控制器pmc-sb7;
  cpu板(32m dram/486):规格为a02b-0309-h006;
  8.4寸彩色lcd/mdi装置(水平):规格为a02b-0309-h124#m;
  i/o单元:规格为a02b-0309-c001。输入/输出点数为96/64点;
  操作面板用i/o模块:规格为a02b-2002-0520。输入/输出点数为48/32点,具有手摇脉冲发生器接口;
  便携式手摇脉冲发生器:规格为a860-0203-t012;
  位置编码器:规格为a860-0309-t302。10000rpm,1024脉冲/转。

    进给伺服电机

  比照原机床进给伺服电机额定扭矩选择新伺服电机。x轴、y轴和z轴都选用电机a40/3000i with fan,额定扭矩53n.m。其中y轴电机带抱闸,以防止机床停电时主轴箱垂直下滑;

  由于受安装位置的限制,b轴电机无法比照原电机规格进行选择。现具体说明如下:
  在原控制系统中,b轴伺服电机的型号为1ft5076-0ac71,堵转转矩22nm。对应fanuc伺服电机的型号为α22/3000i。但是α22 /3000i的法兰尺寸比1ft5076-0ac71电机法兰尺寸大。而机床现有结构决定了新电机的法兰尺寸不能大于142×142。因此,b轴电机不能选α22/3000i。不仅α22/3000i不能选,α12/3000i也不能选。α12/3000i的法兰尺寸也是174×174。最终只好采用α8 /3000i电机驱动工作台回转;

  主轴伺服电机:比照原机床主轴电机功率选择新电机。选用电机a22/7000i;

  伺服放大器:b轴伺服放大器选用svm1-40i。x轴、y轴和z轴的伺服放大器均选用svm1-160i;

  主轴放大器:规格为spm-26i;

  电源模块:根据已经选好的主轴电动机和伺服电动机,计算出电源模块的额定输出容量,电源模块的最大输出容量,电源模块的峰值输出容量,应选用的电源模块为psm-55i;

  光栅接口板:规格为a02b-0236-c205;

  光栅尺:x、y、z轴配有光栅构成全闭环控制。光栅尺型号为海德汉ls106。该光栅尺输出11μa正弦波信号;

  光栅尺信号转换电路:将ls106输出的11μa正弦波信号转换为ttl方波信号。

二、总线设置

    1. i/o总线的设置

  各模块的安装位置由组号,基座号,插槽号和模块名称表示,因此可由这些数据和输入/输出地址明确各模块的地址。各模块所占用的di/do点数(字节数)存储在编程器中,因此仅需指定各模块的首字节地址,其余字节的地址由编程器自动指定。

  由于0i-c本身不带有内置i/o板,连接外围设备,必须通过i/o模块扩展。i/o link插口挂接了两组从属单元:操作面板i/o模块和i/o单元,手轮连接在i/o单元上。使用了两组从属单元,如图2所示。

图2 i/o link连接图

  两组从属单元的i/o地址可设置如下:

  操作面板i/o模块的i/o地址输入从x0开始,0.0.1./6;输出从y0开始,0.0.1./4。i/o单元的i/o地址输入从x006开始,1.0.1. oc02i;输出从y004开始,1.0.1./8。图3即为i/o设定画面。

图3 i/o地址分配

    2. fssb伺服总线的设置

  使用fssb的系统,cnc,伺服放大器和分离型检测器接口单元彼此间通过光缆连接。这些放大器和脉冲模块就是所指的驱动部分。驱动号码(1,2,3,…,10)按照驱动分配以升序排列;越小的号码所指定的驱动离cnc越近。闭环伺服系统连接图如图4所示。图3中m1表示第一分离型检测器接口单元。

图4 闭环伺服系统连接图

  使用fssb设定画面执行自动设定时,在放大器设定画面输入x,y,z,b轴的轴号分别为1,2,3,4。在轴设定画面设定x,y,z轴的分离型检测器m1为1,2,3。b轴无分离型检测器,不设定。图5即为fssb设定画面。

图5 fssb设定画面

三、工作台分度功能设计

    1. 分度工作台机械传动方案

  回转工作台是数控铣、加工中心等数控机床不可缺少的重要部件。它的作用是按照cnc系统的指令作回转分度或连续回转进给。常用的回转工作台有分度工作台和数控回转工作台。

  分度工作台的功能是在需要分度时,将工作台及其工件回转一定的角度。其作用是在加工中自动完成工件的转位换面,实现工件一次安装完成几个面的加工。按照采用的定位元件不同,有定位销式分度工作台和鼠牙盘式分度工作台。通常分度工作台的分度运动只限于某些规定的角度,不能实现0~360°范围内任意角度的分度。mcfhd80a系上世纪90年代捷克生产的卧式加工中心,其工作台为鼠牙盘式分度工作台。分度盘由相同的上下齿盘组成,齿盘的齿数为360齿,因此最小分度为1°。此分度工作台的优点是定位精度高、刚性好,承受外载能力强。

  该加工中心b轴,即工作台回转轴采用半闭环控制方式。本设计中采用分度数控轴方法设计分度功能。

    2. 分度数控轴pmc程序设计

  分度数控轴定位的时序如图6所示。

图6 分度工作台定位工作时序图

    其动作顺序如下:

  程序指定b指令;
  cnc将b轴松开信号buclp(f61.0)置1;
  工作台抬起,b轴夹紧解除;待工作台抬起完成后,b轴松开完成信号*beucl(g38.6)为0;
  接着cnc将b轴松开信号buclp(f61.0)置0,表明它已接收到*beucl信号;
  当pmc得知buclp已为0时,pmc将*beucl信号置1;
  b轴旋转;
  当b轴距指令位置的偏差小于该轴的到位宽度(参数1826)时,cnc将b轴夹紧信号bclp(f61.1)置1;同时b轴伺服关断;
  当pmc得知bclp(f61.1)为1后,工作台落下,b轴夹紧。夹紧完成后,b轴夹紧完成信号*beclp(g38.7)置0;
  当*beclp为0,cnc将bclp置0,表明cnc已收到夹紧完成信号*beclp;
  在pmc侧,当bclp变为0时,*beclp变为1。

  使用分度轴功能,在自动或mdi方式使用b指令指定分度角度,可以增量值编程也可绝对值编程;在手动方式,只能执行手动回参考点操作。手动回零时,分度动作时序与b指令基本相同。

  依据图6的时序图,可编制出相应的pmc(可编程机床控制器)程序,如图7所示。在该程序中同时还设计了m代码用于工作台的抬起和落下,这是出于维修和调整的需要。因此工作台抬起启动信号有2个:buclp(f61.0)和m54(r10.6);落下启动也有2个信号:bclp(f61.1)和 m55(r10.7)。

图7 分度工作台pmc程序

  同样是出于维修和调整的需要,在pmc程序中还设计了b轴的手摇和jog进给功能。在进行这些手动操作时,首先要将8132#3号参数置0,取消b轴分度功能。此外在手动操作前,还需用m代码将工作台抬起,以解除轴互锁;手动操作结束后,再用m代码将工作台落下。如果不再进行手动操作,将8132#3号参数置1,恢复分度功能。这里值得一提的是8132#3号参数的修改需要cnc停电重启动,给操作带来了一些不方便。但手动操作仅仅是维修调整时使用,正常运行时是不需要的。

四、结 语

  本文提出fanuc-0i-mc数控系统+αi交流数字伺服的控制方案,已成功地应用于mcfhd80a卧式加工中心数控改造。改造后的机床完全达到了预期的工艺加工要求,并投入9吨以上重型车减速器壳体生产。通过近两年的运行表明系统运行稳定、可靠。

CncProduct.Com(编辑:小朱)
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