西门子数控系统在机床五轴联动技术改造中的应用

　　4.2整机调试

　　按照MAH0 700镗铣床的数控与电气设计图纸，完成硬件连接，并将安装有sIMATIC s7 300的编程软件的计算机通过PROFIBUS—DP现场总线和SINu—MERIK 840Di数控系统连接，系统可以通电调试。首先将各种机床数据、PLc机床控制程序和报警文本等信息传送到SINUMERIK 840Di数控系统，操作机床的各种基本功能，如机床控制面板的操作、急停控制、进给伺服、主轴上电顺序和使能控制、行程限位保护控制、手持单元操作控制、报警处理和回参考点控制等；另外还有外围设备的控制功能，如液压、润滑、冷却、进给轴机械夹紧放松、刀具夹紧放松和主轴换档等。

　　设置各个轴的具体参数时，按照不同的功能和调试的实际情况，可对数控系统的上千个参数进行修改调整。在位置控制中匹配参数使检测的脉冲当量为1um，设置前馈控制功能等，插补周期选为4ms，设定加减速时间常数为1s；在不振荡的条件下，尽量增大位置环和速度环的比例增益系数，增加伺服系统的刚度，减小跟随误差以提高定位精度。设定粗精停范围参数，设定跟随误差报警范围等参数，使机床稳定可靠地运行。

　　轴的位置增益是反映位置环中对轴运动位置的动态跟踪特性。轴的位置加速度是反映位置环中在轴启动到设定速度和设定速度到停止期间运动位置的加速、减速特性。轴速度能反映出机床的工作效率，速度越大，效率越高。它一般分为最大速度、手动快速度、手动速度、回零速度等。轴位置增益与加速度也是互相影响。

　　选用了海德汉光栅尺和圆光栅编码器，用激光干涉仪测量定位精度并作螺距误差补偿，精度超过改造前的机床。

　　4.3调试中要注意的问题

　　(1)数控系统PLC用新增+24V直流电压代替原110 V交流控制电压，应尽量简化外围电气连线，控制逻辑由PLC程序完成，要仔细分开强弱电。
　　(2)交流伺服系统直流母线上掉电要断开和接入能耗电阻，在控制程序中要加延时。
　　(3)机床控制面板MCP通过MPI现场总线与主机PCU50进行信息交换，通讯波特率设定为1．5 Mbs，注意总线终端电阻拨码开关MPI侧为开而PCU50侧为关。
　　(4)840Di数控系统与伺服驱动系统及电动机、位置检测元件等连接的接口信号要匹配并正确连接。
　　(5)840Di数控系统参数的设置要全面，尤其与精度有关的参数一定要仔细匹配调整后，输入数控系统，并用激光干涉仪校准精度误差，做螺距误差补偿。
　　(6)840Di数控系统调整的机床参数和编制的PLC控制程序应与机床在精度、结构、性能、控制功能、类型、工艺要求等方面匹配。
　　(7)Y轴电磁抱闸失电夹紧2 s后，伺服系统使能信号才可失电，电动机再失电，以防止工作台向下滑落。
　　(8)在自动方式下，主轴停止，各轴进给也必须停止，以防止撞刀。
　　(9)在主轴运转时，主轴换档、主轴松刀具等指令无效，以防止损坏齿轮或伤人。

5 零件程序的编制

　　MAHO 700镗铣床数控系统的工件加工程序是用国际标准化的IS0代码编制的，它可以利用自动编程工具软件的图形编程功能，形成ISO代码的工件加工程序或用手工编程。在五轴联动用于自由形状曲面铣削加工时，用高速设置CYCLE832指令可以调用连续路径模式G64/G641至G644指令。G64可实现预读功能，即预读速度控制可同时计算几个CNC程序段并测定模态速率，使各程序段过渡连接平顺，G641至G644可实现角度用圆弧平滑过渡功能。用高速设置CYCLF832指令可以调用前馈控制FFw0N和突变限制SOFT功能，FFWON前馈控制可以使与速度相关的轮廓跟踪误差减小至几乎为零，SOFT突变限制通过温和控制提高路径的精确度。TRAORI命令用来调用第一编程方向5轴转换。如指令CYCLE832(0.01，312101)表示：0.01=机床轴公差，312101=B样条插补，FFWON SOFT，G642，TRAORI，精加工。用转动工作面CYCLE800指令可以转动工作台的A和B轴使工作面被调整至垂直于刀具切削方向，以获得最佳切削力和表面粗糙度等优良效果。本机床除具有840Di数控系统编程手册所描述的功能代码外，还针对该机床的结构特点，通过PLc编程控制机床，使其具有如下辅助的M代码功能：

　　M00-程序无条件停止；M0l-程序有条件停止；M02-程序执行结束；M03-主轴正转；M04-主轴反转；M05-主轴停止；M08-冷却液开；M09-冷却液关；M20-l，轴夹紧；M26-转台4轴夹紧；M28-转台C轴夹紧；M21-y轴放松；M25-z轴放松；M27-转台A轴放松；M29-转台c轴放松；M30-主程序结束返回；M40-主轴自动换档；M4l-选择主轴第一档；M42-选择主轴第二档；M43-选择主轴第三档；M44-选择主轴第四档。

6 结语

　　MAHO 700C镗铣床经过改造后通过一段时问的运行证明，SINUMERIK 840Di数控系统在MAHO 700C镗铣床的数控改造中的应用是成功的，尤其是将三轴联动改造成五轴联动，改造后该机床有一个主轴和五个进给轴联动精确地进行三维的立体加工，采用五轴联动功能可以使刀具以最佳形状进行切削，在复杂形状的高速精加工中可以提高效率，减小粗糙度值，技术足先进的，具备现代先进数控机床的功能，编制的PLc逻辑控制程序采用模块化编程具有较好的应用推广价值，调整数控系统和伺服系统参数使机电匹配，达到了较高的定位精度及先进的数控控制功能，达到了预期目标。