基于CAT―180数控热旋压机床的改造

基于CAT―180数控热旋压机床的改造 摘 要:文章以CAT-180热旋压数控机床为研究目的，采用西门子840D数控系统，同时，对机床的外围部件进行改造。机床通过改造后，不仅可以提高稳定性，而且还能降低设备的故障率，这样提高了企业的生产效益。 本文采集自网络，本站不保证该信息的准确性、真实性、完整性等，仅供学习和研究使用，文中立场与本网站无关，版权和著作权归原作者所有，如有不愿意被转载的情况，请通知我们删除已转载的信息。 关键词:CAT-180数控热旋压机床;西门子840D数控系统;改造 1 概述 该机床是19世纪末期从西班牙DENN公司引进的数控热旋压机床，主要用于金属筒形部件(Φ140mm-Φ180mm)的热旋压，由于该机床使用时间过长，部分配件老化，使其加工精确度降低，而且存在设备部件复杂、维修成本高等问题。因此为了保证生产，降低维修成本，我们通过对进出料系统、温度补偿等装置，以及部分电气系统和机械系统的改造，机床的进出料系统采用气动式装置，机床的驱动轴采用SIMODRIVE 611D伺服驱动，从而使设备恢复原貌。 2 机床结构的构成 机床主要包括主轴驱动、液压系统、进给轴驱动、上下料装置、润滑装置、刀具管理等，由直流电机作为主轴(SP轴)，其作为旋转轴，可分为高速和低速旋转，并带电动换挡结构，主轴电机采用原来机床的直流电机，由ABB公司生产的M3AA 250 SMA-4型电机;横向轴为X轴、纵向轴为Z轴(对着主轴)，其中Y轴为虚拟轴，需要适配第三几何轴。X轴和Z轴的位移 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 元件采用的是绝对值编码器，通过液压驱动控制X轴和Z轴的位移量。这样通过三轴联动，可以对金属圆筒部件进行热旋压。 3 西门子840D数控系统简介 西门子840D、SIMODRIVE611D数字驱动和S7-300PLC，用MTS位移传感器作为位置和速度检测元件，通过伺服阀控制油缸活塞的位移量，经各信号的相互传递，构成全数字闭环控制系统。该系统适于机床各式各样复杂部件的加工任务，并有其精度高的特点。它由NCU(数控单元)、MMC、PLC等部件构成该数控系统，并用总线相连各部件来完成信号的传输任务。 3.1 NCU控制模块 NCU单元是西门子840D数控系统中的中央控制单元，它为系统的核心，负责处理CNC的一切功能及机床的控制，它与611D伺服驱动的总线连接，用来接收数控指令并向系统提供信号反馈;NC和S7-300PLC内的CPU都一起集成在NCU模块中，与MMC、主轴驱动、伺服驱动等连接。 3.2 人机界面 它是MMC和OP建立的西门子840D与操作者互相交互的界面，是执行NC数据的输入以及数据的显示，其中OP单元，带有10.4寸的TFT显示屏、NC键盘;MMC是一台小型计算机，并带独立的CPU、硬盘和软驱，其中PCU是为操作面板匹配而 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 的MMC模块，该机床为PCU50，并配有高级HMI，同时带有WINDOWS NT4.0，用于人机可视化交互，如编程、诊断等功能;其中MCP是数控操作台上有用户自定义功能按键的操作面板，通过MP总线连接各模块，主要控制机床的相关动作、主轴以及进给轴。 3.3 PLC控制模块 PLC模块是NCU的子模块，由电源模块(PS)和接口模块(IM)以及信号模块(SM)等组成，用于机床的控制与监控。其中电源模块(PS)是PLC和NC的供应电源;接口模块(IM)是用在不同等级的互连;信号模块(SM)有DI型(SM321)、DI/DO型(SM323)、DO型(SM322)等。其中西门子公司提供的840dtoolbox包含有机床的部分程序，安装下载后可实现主轴的 旋转以及X轴和Z轴的控制，还可以增加用户自定义的程序来实现液压、气动、润滑、冷却等辅助控制，这些功能需要在SIMATIC Manager?件上编程才能实现。 4 机床设计 4.1 进给驱动控制原理 该机床系统是全闭环控制系统，采用MTS磁制伸缩式位移传感器，为其提供位置反馈和速度反馈，其输出为绝对数值SSI数字输出，有着控制精度高，信号不漂移及变值的特点;在伺服油缸中装有浮动永磁磁环，当磁环移动时上下感测到的位移即为活塞的位移。当CNC发出指令时，信号通过NCU各总线传递给伺服驱动系统，当位移传感器检测的位置不在指令发出的位置时，它通过位置控制电路输出?10V的电压信号，传送到伺服编码器使能端(D和E端)，控制液压缸活塞的位移量，同时，位移传感器输出0-10V的速度信号，反馈给机床，位移传感器发出的位置和速度反馈信号传输到系统后，对伺服阀作出相应的位置和速度调整，从而对进给轴的位移和速度实现精确控制，并在人机界面中显示出来;当位置传感器检测到CNC给出的指令一致时，位置控制电路系统停止发出?10V电压信号，从而进给轴停止。如图1。 4.2 主轴控制原理 主轴采用是原来的主轴驱动直流电机。CNC中发出的速度S指令，由指定的速度值决定，其速度还可以通过主轴倍率开关进行转换。当信号经过PLC时，对S码进行译码出来，再经模拟输出转换为十六位数的整数，然后送给数模转换模块，转换为需要的数字信号，并输出?10V的电压信号传递给主轴驱动系统，控制其转速，如图2所示。 4.3 上下料装置的改进 为了安全，降低成本，操作简单，我们采用气缸作为上下料装置，首先把金属圆筒经过中频加热到一定的温度后，把加热好的料进入旋压机加工时，用小车把料推向旋轮底部，再用顶料气缸把料推向旋压机卡爪内，通过卡爪夹紧、加热补偿，主轴旋转，进行热旋压;完成后，出料时，首先出料气缸把小车推向出料口，卡爪松开后，顶料杆把金属成形圆筒推出到小车上，推出来后，小车再慢慢退回到出料的初始位置，进行自动下料，从而实现上料和下料的全部过程。图3为上下料装置。 5 机床调试 5.1 PLC程序设计 机床的外部动作由MCP操作面板的用户自定义区域在PLC中设定地址，其主轴和X轴、Z轴也在MCP控制面板上。通过线路检查合理后方可试车，调试时，首先对系统的PLC程序及NCK数据总清，PLC程序才能调试。通过安装840dtoolbox后，打开s7-300软件就能打开gp8x0d65这个文件夹的程序，下载到CPU中，然后对FC功能块进行调试，下载成功后，MCP上的灯不再闪烁，同时对机床的各轴参数进行修改后，各轴就可以正常工作，同时还需对机床数据以及PLC数据备份。通过PLC的编程，能够对系统的各种信号进行处理，与对轴的定位控制以及外围的控制。 5.2 报警文本制作 当机床发生故障时，显示屏上会提示故障信息及故障代码，同时，机床可能停止工作，以提醒操作者采取适当的措施去处理该机床，为机床的维护提供了便利。报警由系统报警、用户报警组成，其中系统报警是机床在出厂前已经编辑好的报警文本，这些报警的代码可以通过《西门子840D诊断手册》查阅该报警的具体问题及解决措施。 用户报警文本制作: 在制作用户报警时，首先要在MBDDE.INI文本中进行相关设置，同时还需要具备三个条件才能实现: (1)PLC程序处理相应报警信号 用户自定义报警共有25组号码，每一组有64个号码与之对应，如DB2.DBX184.3对应的 报警号为700035，如图4。在编写PLC程序时，要对该机床的报警编写合适的报警号，以便出现故障时查验。为实现报警，还需触发相应的报警信号在NC设置的激活动作。 (2)在程序OB1中需调用FC10 该机床发出的报警帮助信息?t由NC自动处理，但出厂时设置的机床报警及操作信息经接口信号传送到DB2进行处理，这些信号再通过功能块FC10经PLC传递给MMC和NC，并且在MMC上显示报警信息和故障代码。当机床报警信号由0变为1时，报警信息在MMC上立刻显示，由1变到0时，只要操作者按下复位键，系统及时复位，报警代码消失，如图5所示。 (3)编好报警文本并传入系统 当我们需要编写英文报警文本时，需在MMC中的Microsoft的Dos环境中的ASC?编辑器中编写，但编写中文报警文本时，必须通过个人电脑安装的winpcin软件编写中文报警信息并把MYPLC-CH.COM文件传输到mb.dir文件中才能实现该报警。 6 结束语 该机床通过改造后运行比较稳定，功能强大，程序设计简单，维护方便，加工精确度得到提高，降低了设备维修成本，提高了设备利用率。 参考文献 [1]杨斌.西门子840D数控系统的介绍[J].CAD/CAM与制造业信息化，2004(6):87-89. [2]徐斌.西门子840D数控系统在龙门铣上的开发应用[D].浙江工业大学，2015:13-15. [3]刘佳佳.大型强力数控旋压机液压伺服系统研究[D].北京工业大学，2014:22-26. [4]杨永.SIEMENS 840D用户报警文本的制作[J].机床与液压，2009(2):213-215. [5]SINUMERIK 840D sl 简明调试手册[M].2013. 作者简介:沈立秋(1987-)，男，学士，助理工程师，主要从事机械设备电气方面的安装、调试、改造和维护工作。