摘要: 大型數控旋風銑床一般加工工件較長，使用頭架頂尖和尾架頂尖裝夾工件後工件（jiàn）會中間下垂。為（wéi）了（le）提高加工精度，減小工件（jiàn）下垂，需要（yào）幾個中心架給工件提供支撐。在銑削工（gōng）件的過程中，根據銑削拖板在不同的位置，需要中心架向上移動支撐工件，向下移動讓過拖（tuō）板。西門子840D SL 數控係統多通道功能可以很好地解決銑削的拖板和（hé）中心架同時移動控製的需求。以數控旋風銑（xǐ）床中的具體應用（yòng）為例，詳（xiáng）細介紹（shào）了西（xī）門（mén）子係統（tǒng）多通道功能的設置，以及工件多點支撐控製的設計（jì）和調試方法。

  
       近年來國（guó）內大規格滾珠絲杠需求正迅速增長，普通的磨削技術已不能（néng）滿足高效綠色加（jiā）工。螺紋旋風硬銑（xǐ）削技術可以（yǐ）對硬度62HＲC 的滾（gǔn）珠絲杠和螺母進行硬銑削，免去熱處理和（hé）磨削工序（xù），滿足精密高（gāo）效加工，是目前（qián）精密螺（luó）紋（wén）高效製造發展起來的新（xīn）工藝、新方法［1 － 4］。螺紋的旋風銑（xǐ）削是（shì）由安裝在刀盤上的多把刀具，借助於（yú）刀（dāo）盤繞工件高（gāo）速旋轉和工件同（tóng）向慢速轉動來完（wán）成（chéng）工件加工的高速銑削方法。旋風（fēng）銑削切削力小（xiǎo），工件變形小，加工後的零件具有較高（gāo）的精度和表（biǎo）麵粗糙度（dù）。加工後的切屑帶走絕大部分熱量，工件溫升低，熱變（biàn）形小（xiǎo），可以不用切削液實現幹切削，使這一新工藝邁入高速綠色製造領域（yù）［5 － 6］。

      針對長規格滾珠絲杠裝（zhuāng）夾時工件（jiàn）中間下垂會影響工件加工精度的問（wèn）題，需要使用多個中心架給工件提供支撐。在銑削工件的（de）過程中，拖板移動接（jiē）近中心架的位置時（shí），需要中心架向下移動，拖板才能通過。拖板移動過（guò）了中心架的位置後，需要中心架向（xiàng）上移動支撐工（gōng）件。西門子840D SL 係統多通（tōng）道功能可以很好地（dì）解決銑削時（shí）拖板和（hé）中心架同時移動控製的需求［7 － 8］。

      1 、數（shù）控旋風銑床基本結構及工作原理

      HJ092 ×80 為筆者公（gōng）司生產的8 m 數控旋風銑床，使用西門子840D SL 係統。此係統可靠（kào）性高，開放性好，用戶（hù）可根（gēn）據自己的要求進行二（èr）次（cì）開（kāi）發。係統控製10個數控軸，軸基本位置及工作原（yuán）理示意圖如圖1 所示。X 為銑頭橫向（xiàng）進給運動; Z 為銑頭（tóu）縱向運動; C 為（wéi）頭架主軸旋轉運動; U1 為（wéi）左跟刀架鬆開夾（jiá）緊運動; U2為右跟刀架鬆開夾緊運動（dòng）; V1、V2、V3、V4 分別為4 個中（zhōng）心架垂直升降運動; SP 為銑頭主軸旋轉運動。機床的螺紋銑（xǐ）削運動是由頭（tóu）架主軸旋轉和旋風銑頭拖板的縱向移動聯動來實現。在銑（xǐ）削過程中，C 軸轉360°，Z軸走一個螺距，切削過程中必須保證嚴格的聯動關係。旋風銑頭拖板縱向運動配置高精度光柵尺，頭架主軸旋轉配置高精度角（jiǎo）度（dù）編碼器，實現全閉環（huán）位（wèi）置（zhì）反饋，用來（lái）進一步提高工（gōng）件的銑削加工精度。

      4 個中心架（jià）通過（guò）上（shàng）、下移（yí）動V 型支撐塊實現托起、釋放工件的動（dòng）作（zuò）。在（zài）工件銑（xǐ）削過程中，在Z、C 聯動的同時，根據拖板在不同（tóng）的位置，需要中心架向上移動支撐工件，向下移動讓過拖板。故需要係統設置兩個通道，分別控製工件銑削、工（gōng）件支撐（chēng）運動。拖板的移動（dòng）由通道1 中的程序控製，拖板的（de）移動與工件的旋轉插補，形成螺旋運動。中心架的移動由通道2 的程序控製，4個中心架由安裝在機床床身上的感應開關發出信號，由PLC 程序選擇分別調（diào）用與4 個中（zhōng）心架對應的（de）向上托起（qǐ）或向（xiàng）下釋放程序。

       2 、機床軸及雙通道的設置

      X、Z 、C、SP 軸分配在通道1，U1、U2、V1、V2、V3、V4分（fèn）配在通道2，X、Z 、U1、U2、V1、V2、V3、V4 在機床（chuáng）數據（jù）中設為直線軸，X、Z 設為幾（jǐ）何軸，C 設為旋轉軸，SP 設為主軸。該機床設為雙通道，目的是可以同時運行銑削程序和工件支撐程序。具體係統參數設置如下:
 
( 1) 通用參數設定
10000 AXCONF_MACHAX_NAME_TAB［0; 1; 2;
3; 4; 5; 6; 7; 8; 9］: X1; Z1; C1; U1; U2; V1; V2; V3; V4;
SP1 ( 機床（chuáng）軸名稱)
10010 ASSIGN_CHAN_TO_MODE_GＲOUP ［0］: 1有效通道)
10010 ASSIGN_CHAN_TO_MODE_GＲOUP ［1］: 1
( 有（yǒu）效通道)
19200 ON_NUM_CHANNELS: 2
( 選項數據（jù），訂貨時（shí）選此（cǐ）功能才能激活)
( 2) 通道CH1 參數設定
20050 AXCONF_GEOAX_ASSIGN_TAB［0; 1; 2］:
1; 2; 0 ( 定（dìng）義幾何軸)
20060 AXCONF_GEOAX_NAME_TAB［0; 1］: X; Z
( 幾何軸名稱)
20070 AXCONF_MACHAX_USED［0; 1; 2; 3］: 1;
2; 3; 10 ( 通道顯示軸號)
20080 AXCONF_CHANAX_NAME_TAB［0; 1; 2;
3］: X; Z; C; SP ( 通道軸名稱)
( 3) 通道CH2 參數（shù）設定
20050 AXCONF_GEOAX_ASSIGN_TAB［0; 1; 2］:
0; 0; 0 ( 定義幾何軸)
20070 AXCONF _MACHAX _USED［0; 1; 2; 3; 4;
5］: 4; 5; 6; 7; 8; 9 ( 通道顯示軸號)
20080 AXCONF_CHANAX_NAME_TAB［0; 1; 2; 3;
4; 5］: U1; U2; V1; V2; V3; V4 ( 通（tōng）道軸名稱（chēng）)

 
      3 、工（gōng）件多點支撐控製方法
 

      3． 1 控製描述
  

      如圖（tú）1，由感應開關SQ29、SQ30、SQ31 控製中心架2 托起（qǐ）、釋放工件（jiàn）的動作。拖板由通道（dào）1 程序控製從頭架向尾架移動時（shí），撞塊先感應開關SQ29，由（yóu）PLC選（xuǎn）擇控（kòng）製通道2 程序“LV2_DOWN”啟動，中心架2 向（xiàng）下移動到（dào）最低點。當撞塊感應開關SQ30 時，係（xì）統檢（jiǎn）查中心架2 是否到最低位置。如果到達（dá）最低位置，拖（tuō）板正常移動; 如果（guǒ）沒有到達（dá）最低位置，係統報警並停止拖板移動，保證安（ān）全。拖板繼續移動，當撞塊全部脫離（lí）開關SQ29、SQ30、SQ31 時（shí），拖板已經移過了中心架2。

      由PLC 選擇控製通道2 程（chéng）序“LV2_UP”啟動，中心架2 向上移動到支撐工件的位置。同理，當拖板從尾架向頭架移（yí）動時，撞塊先感應開關SQ31，由PLC 選擇控製通道2 程序“LV2_DOWN”啟動，中心架2 向下移動到最低點。當撞塊感應開關SQ30 時，係（xì）統檢查中心架2 是否到最（zuì）低位置。當（dāng）撞塊全部（bù）脫離開關SQ29、SQ30、SQ31 時，拖板已經移過了中心架2。由PLC 選擇控製通道2 程序“LV2_UP”啟（qǐ）動（dòng），中心架2 向上移動到支（zhī）撐工件（jiàn）的位置。

      與中（zhōng）心架2 相（xiàng）似，由感（gǎn）應開關SQ26、SQ27、SQ28控製中心架1 托起、釋放（fàng）工件的動作; 感應開關SQ32、SQ33、SQ34 控製中心架3 托起、釋放工件的動作。感應開關SQ35、SQ36、SQ37 控製中心架4 托起、釋（shì）放工件的動作。
 
 
      3． 2 部分PLC 程（chéng）序

Network 1:
A DB11． DBX 6． 0
AN DB22． DBX 35． 0
A " － LZ_V2_DOWN"
A " + LZ_V2_DOWN"
A DB21． DBX 35． 0
A " V2_ＲEF"
S " V2_UP_S1"
Network 2:
O " ＲESET"
O " V2_UP_S2"
O " V2_UP_S3"
Ｒ " V2_UP_S1"
Network 3:
A(
A " V2_UP_S1"
= L 0． 0
BLD 103
A " ALL ON"
JNB _001
CALL " PI_SEＲV" ，" V2_UP_DATA"
Ｒeq : = L0． 0
PIService: = " PI" ． SELECT
Unit : = 2
Addr1 : = DB130． DBX612． 0
Addr2 : = DB130． DBX646． 0
Error : = " V2_UP_S2"
Done : = " V2_UP_S3"
State : = " V2_UP_S"
_001: A BＲ
)
A " V2_UP_S3"
S " C2_PＲOGＲAM"
S " V2_UP_S4"
Network 4:
A DB11． DBX 6． 0
AN DB22． DBX 35． 0
AN " V2_N"
AN " C2_PＲOGＲAM"
A(
ON " － LZ_V2_DOWN"
ON " + LZ_V2_DOWN"
)
AN " V2_ＲEF"
A DB21． DBX 35． 0
S " V2_DOWN_S1"
Network 5:
O " ＲESET"
O " V2_DOWN_S2"
O " V2_DOWN_S3"
Ｒ " V2_DOWN_S1"
Network 6:
A(
A " V2_DOWN_S1"
= L 0． 0
BLD 103
A " ALL ON"
JNB _002
CALL " PI_SEＲV" ，" V2_DOWN_DATA"
Ｒeq : = L0． 0
PIService: = " PI" ． SELECT
Unit : = 2
Addr1 : = DB130． DBX680． 0
Addr2 : = DB130． DBX714． 0
Error : = " V2_DOWN_S2"
Done : = " V2_DOWN_S3"
State : = " V2_DOWN_S"
_002: A BＲ
)
A " V2_DOWN_S3"
S " C2_PＲOGＲAM"
S " V2_DOWN_S4"

      3． 3 中心架支（zhī）撐時的坐標調整

      通過調整工件外圓（yuán）直徑，來自動計算中心（xīn）架支撐時的坐標。中心架（jià）參數OEM 界麵如圖2 所示。

      3． 4 中心架2 向下移動（dòng）程序“LV2_DOWN”

G91 G53 G01 V2 = 1 F1000
G00 G90 V2 = 0
M30

      3． 5 中心架2 向上移動程序“LV2_UP”

G90 G53 G00 V2 = Ｒ5 + 2
G01 V2 = Ｒ5 F500
M30

      其中Ｒ5 為中心架2 支撐時V2 的坐標（biāo），根據（jù）工件外圓直徑自動計算。

      4、 結語（yǔ）

      本控製（zhì）方法利用西門子840D SL 係統功能，滿足了HJ092 × 80 數控旋風銑床加工要求（qiú）。係統雙通道的采用，實現了工件銑削和工件支撐同時進行，滿足了拖板在不同的位置，中（zhōng）心架需要向上移動支撐工件和（hé）向下移動讓過拖板的要求。該（gāi）控製方法的采用，提高（gāo）了銑床加工的尺寸精度和螺距精度，解決了旋風銑床的（de）關（guān）鍵（jiàn）性問題（tí）。HJ092 × 80 數控旋風銑床經（jīng）過幾年的運行，本文所述功能（néng）均安全可靠，滿足了該機床（chuáng）的設計要求。數（shù）控旋風（fēng）銑（xǐ）床總體使用效（xiào）果良好。