DASEN16i數控系統在大型龍門機床上的應用
2020-5-16 來源：大連大森數控技術發展中心有限公司 作者：郭峰功，徐宗華，崔長振
摘要：目前，DASEN數控系統在機床上的安裝機型越來越多，特別是加工中心，攻牙機上的使用很普遍。但是在大型龍門上的安裝，受系統功能和使用經驗的限制，使用數量有限。因此，以DASEN16i數控系統在某35GLEII×60龍門加工中心上的應用作一個介紹，把一些特殊功能的使用分享給大家，為以后使用這些功能的同行提供一個參考。
關鍵詞：伺服刀庫；動臂式換刀；同期軸；傾斜面加工
0 引言
該機床行程為12 500 mm×600 mm×3 500 mm，基本軸XYZ軸，W軸是同期控制的動梁結構，刀頭測有兩個旋轉軸控制，配置伺服鏈式刀庫，伺服電機控制頭庫，共配有9 個伺服軸，另加一個伺服主軸。機床結構示意圖如圖 1所示。
圖 1 機床構成示意圖
1、問題及技術關鍵點
（1） PLC 軸控制刀盤旋轉，并且機械手安裝在動梁上，所以換刀位置隨橫梁的位置變動而變動，如何確定換刀位置。
（2） W軸橫梁同期控制的調整，如何調整可以減少誤差報警。
（3） 傾斜面加工功能和使用。
2 、問題分析及解決方案
2.1 PLC軸刀盤控制
刀盤使用PLC軸控制可以實現快速準確定位，360°除以總刀具數就是每個刀具的移動距離，手動正反轉刀盤時，每按 1 次按鍵，旋轉 1 個刀具距離。即移動數據累加或減少一個刀具距離。自動時，根據現在刀位到目標刀位的刀位數乘以每個刀具距離，然后計算出總的距離，利用伺服軸就近旋轉功能，判斷刀盤的就近正反轉，移動到目標刀位。關于 PLC 軸要根據 PLC 指令，對區別于 NC 控制軸的獨立軸進行控制，通過 PLC 開關切換 PLC 軸控制有效/無效。
PLC 軸控制執行時的處理有以下幾點：
（1） 用戶PLC在R寄存器中設定控制數據。
（2） 用戶 PLC 在 R 寄存器中設定 PLC 中控制信息地址。
（3） 用戶PLC接通PLC軸控制有效信號。
（4） NC根據控制數據，執行PLC軸控制。
通過對寄存器R9848的賦值，可以實現對PLC軸的控制，運行方式選擇，運行速度、運行數據等的設定。
2.2待命刀套位置和刀臂位置關系
如圖1所示，由于刀臂固定在橫梁上，橫梁的移動有隨機性，上下位置不固定，但橫梁移動比較緩慢，換刀時不能隨時移動到固定的換刀位置，因為刀盤移動相對容易快速，為了節省換刀的時間，提高換刀效率，需要換刀時刀盤待命刀套位置找W軸的位置。當預選刀時，以第一個刀套位置作為原點，計算待命刀套位置，然后移動到固定的第一換刀點，當要換刀時，第一換刀點位置要和W軸位置一起計算，刀盤移動到機械手的位置，也就是對應橫梁W軸的位置。這些可通過PLC控制解決，把PLC軸的功能和 PLC 的運算結合，計算出刀盤應該旋轉到的換刀點位置，PLC控制刀盤位置和W軸位置處理。
2.3 W軸橫梁同期控制的調整
2.3.1 同期軸的構成
由于該臺機床屬于大型龍門機床，形成比較大，為了滿足Z軸的行程距離，在原有的Z軸控制基礎上增加動梁W軸，但W軸重量比較重和跨度比較大，所以采用同期控制來滿足機床要求。現將同期控制的功能和調試事項做個說明：同期控制是指將主動軸的移動指令發送到從動軸，使兩軸按照相同的移動指令進行控制的控制方式。作為同期基準的軸稱為主動軸，跟隨主動軸的軸稱為從動軸。如圖2所示。
圖2 龍門動梁示意圖
2.3.2 同期軸的調整
調機時在同期控制模式下，為了對主動軸和從動軸進行平衡調整，暫時解除同期時采用的模式稱為修正模式。對各軸可采用手動手輪進給或手動任意進給執行移動。在修正模式中，如果運轉模式為手動手輪進給或手動任意進給以外的運轉模式時，發生操作報警。選擇同期運轉方式，時常檢查主動軸和從動軸的位置關系，如超過參數設定的“同期誤差允許量”，則發生報警并停止進給。但是，未進行原點確定時，則不進行同期誤差檢查。同期軸的伺服自動調整，同期軸在伺服調整時要使橫梁基本平行，電機電流、扭矩相近，然后要先解除同期控制，主動、從動軸分別做調整。但由于受機械結構的限制，用 NC Analyzer 伺服自動調整軟件有些調整項不能進行，調整后的位置環增益，速度環增益，加減速時間盡量向兩軸的中間值靠攏，努力保持一致，保證電機的啟動、停止的一致性。否則，主動、從動軸電機啟動停止瞬間不同步，出現橫梁瞬間傾斜現象，產生過載和誤差大報警。
報警處理，同期軸使用中最常出現的報警是同期誤差過大報警，當同期誤差過大報警發生頻繁時，雖然可以通過增大同期誤差允許值 （參數2024） 的方法避免，但是盡量將同期誤差允許值設定在可預測的允許范圍內，不能靠增加誤差值較少報警，這樣做只能讓情況更嚴重。第一調整機床的平衡，第二切削時間常數、快速進給時間常數增大，加減速模式變更為延遲模式 （例如一次延遲），減小快速進給速度切削鉗制速度。由于相關的參數太多，基本參數不做說明。同期軸主要參數的設定如下：#1068 指定與該軸同期的從動軸的軸號。
#1069 設定不顯示軸計數器的軸。#2024 同期誤差檢查時，在主動軸上設定允許的最大同期誤差。#1281 bit3 同期控制的對象軸從伺服關閉至伺服啟動期間，主動軸置的位置自動配合從動軸的位置；bit0同期控制中的手動高速參考點返回動作切換。#1493 主動軸和從動軸在各軸進行原點確定動作。#2036 原點調整量表示同期運轉方式的擋塊式原點返回中脫離近點擋塊后，從動軸上最初的格柵點至實際原點確定位置之間的距離。同期軸功能PLC接口很簡單，R2589表示同期控制運轉方式選，YC2B 表示在自動運轉中通過 R2589 寄存器切換運轉動作時，請重新計算。 R2592表示原點調整完成。
注意事項：軸取出功能不能使用在同期控制軸上。把主動軸和從動軸的軟件極限設定相同的設定值，手動運轉模式時，軟件極限即使在從動軸發出報警，主動軸也不會停止。同期軸的單個軸運轉時，互鎖、機床鎖等信號只對主動軸信號有效。
2.4 傾斜面加工功能和使用
2.4.1 傾斜面加工功能
傾斜面加工功能通過對當前已設定的(傾斜面加工指令前的)坐標系 XYZ 軸，可定義執行旋轉及原點的平行移動后的新坐標系(稱為特征坐標系)的功能。通過該功能定義空間上的任意平面，可對該平面指定通常的程序指令執行加工。可在新定義的特征坐標系的+Z 方向自動控制刀具軸方向。配合刀具軸方向再次設定特征坐標系，因此無需了解特征坐標系的方向或刀具軸的旋轉方向即可創建加工程序。
傾斜面加工功能只需要把選項參數打開，不需要做系統PLC程序，設置幾個基本參數即可，主要是應用經驗的積累和加工程序編寫，建立空間幾何圖形的思維。對應機械的軸構成要求如圖 1 中所示的主軸頭上的 C 軸和 A 軸，或者是C軸和A軸安裝在工作臺上，或者分別裝在主軸頭和工作臺上這3種安裝方式。
2.4.2 傾斜面加工中的參數
#1287bit1、bit2 表示傾斜面坐標顯示切換
#8713 表示跳躍坐標切替
#7900—#7956 表示旋轉軸構成參數
2.4.3 傾斜面加工指令
G68.2 [P0] Xx YyZz Iα Jβ Kγ ;(根據歐拉角指定)
G68.3 Xx YyZz Rα; (通過刀具軸方向指定)
G69 取消傾斜面加工。
指令設定如下特征坐標系：
（1） 將傾斜面加工指令前的坐標系點(x，y，z) 作為特征坐標系原點。
（2） 使原點偏移的坐標系繞Z軸旋轉α。
（3） 僅使下一次旋轉后的坐標系的X軸旋轉β。
（4） 進一步使旋轉后的坐標系的Z軸旋轉γ。
2.4.4 傾斜面加工動作說明
傾斜面加工模式中的動作，發出傾斜面加工指令時，設定前述特征坐標系。將參數#8901—#8906 設為“23”時，顯示特征坐標系的計數器 (機械不移動)。傾斜面加工模式中的移動指令為特征坐標系中的指令。在特征坐標系的計數器顯示中，通過設定參數 #1287 ext23/bit2、bit3(傾斜面坐標顯示切換)，可選擇不包含刀長補償/刀徑補償的程序指令上的加工位置。
刀具軸方向控制，發出 G53.1 指令時，移動旋轉軸使刀具軸方向為特征坐標系的+Z 方向。此時，移動的僅為旋轉軸，XYZ軸不移動。旋轉軸的移動速度因G53.1 指令時的模態而異。根據特征坐標系設定G53.1指令時旋轉軸可快速移動。在刀具距離工作臺足夠遠的距離后再發出G53.1 指令。
傾斜面加工模式的取消，通過G69指令可取消傾斜面加工。解除特征坐標系設定，坐標系返回至傾斜面加工指令時的工件坐標系，工件坐標位置計數器變化為原工件坐標系的坐標值，機械不移動， 復位時也取消傾斜面加工，但在參數#1151 為“0”時的復位1 中保持傾斜面加工模式。立方體傾斜面加工和相應的加工程序如圖3所示。在主程序中以傾斜面指定方式設定特征坐標系，通過子程序(加工程序 100)執行加工。
圖3 立方體傾斜面加工和相應的加工程序
傾斜面加工功能有些類似在G68指令三維坐標轉換功能的基礎上增加旋轉軸的控制，坐標的移動和旋轉可以隨工件的要求，隨意定義坐標系，功能更強大，使用更靈活，實現機床的五面體加工。但是對機床編程和操作者的要求更高，要想達到快速掌握，不是那么容易的。
3、機型或行業應用拓展
該機床是一臺動粱式龍門數控加工中心，控制系統選用 DASEN16i 數控系統，電機反饋采用一百萬線分辨率編碼器，控制精度高，結構布局先進合理，外形美觀，縱向導軌采用大規格線性滾動導軌，運動靈敏度高，橫向導軌采用力學性能優越的雙線性導軌與滑動導軌的復合結構，升降導軌采用大包容結構，基礎大件結構規格大，并布置有足夠的加強筋版，整機剛性好，穩定性好，承載能力大，廣泛應用于制冷，航空航天、石化、鍋爐、印刷、包裝等行業，對各種管板，板件，盤件，殼體件，機架以及模具等復雜零件的多品種小批量生產，也適用于汽車，機車車輛及柴油機行業的缸體，殼體類等零件的加工，本設備滑枕端面可安裝各種附件頭，擴大機床加工工藝范圍，實現對零件的五面加工，可以配置直角頭，萬能頭，延伸頭，扁直角銑頭，是一臺高效多功能大型龍門加工中心。
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