828D 系統(tǒng)使用 SET CO 多向搖擺立臥主軸頭實現(xiàn)加工中心立臥轉(zhuǎn)換示例
2021-1-12 來源：中國東方數(shù)控有限公司 作者：朱遠吉
摘要：在一臺西門子 828D 系統(tǒng)的龍門加工中心上，通過使用 SETCO 多向搖擺立臥主軸頭，既實現(xiàn)龍門加工中心的立式銑削與臥式銑削的靈活轉(zhuǎn)換，又提高了精度與效率。
關(guān)鍵詞：828D；立臥轉(zhuǎn)換；主軸；編碼器
1、概述
數(shù)控加工中心常按主軸在空間所處的狀態(tài)通常可分為立式加工中心和臥式加工中心，其區(qū)別主要看主軸在空間處于垂直還是水平狀態(tài)，主軸可同時作垂直和水平轉(zhuǎn)換的，稱為立臥式加工中心或五面加工中心。
西門子 SINUMERIK 828D 系統(tǒng)自上市以來以其強大而穩(wěn)定的功能，贏得了廣大客戶的認可，它秉承了西門子系統(tǒng)功能豐富、開放友好等一系列特點。本例要給大家介紹的是在一臺龍門加工中心上，通過 828D 系統(tǒng)豐富多彩的 NC 編程指令以及平臺界面的二次開發(fā)功能 Easy Screen 功能，配置 SETCO（賽奪科）F58D02- ACA- E 型多向搖擺立臥主軸頭實現(xiàn)立臥轉(zhuǎn)換的示例。
2、概述及注意事項
立臥主軸頭 AC 軸的實際運動均通過 SP 軸旋轉(zhuǎn)與機械傳動實現(xiàn)，所以不同于 3+2 軸機床中的 A、C 軸可以編程 A、C 地址，本例是通過宏程序 L280、L290 實現(xiàn)的 AC 軸運動。并且 A 軸（下頭座）的嚙合與脫開必須滿足主軸在固定的角度，主軸端面的刻線與主軸外圈端面刻線重合。
另外 A、C 軸為虛擬軸，MD30130 設(shè)置為 0，其它通用機床軸名 MD10000，以及通道對應的機床軸 MD20070、通道中的軸名 MD20080 仍然需要設(shè)置。該立臥主軸頭在 A、C 軸旋轉(zhuǎn)位置均帶有 HEIDENHAIN ROD 486 增量編碼器，作為測量系統(tǒng)反饋實際位置，用來消除 A 軸（下頭座）、C 軸（上頭座）分別與主運動機構(gòu)嚙合的間隙。所以 PLC 要處理對應第一測量系統(tǒng)信號DB3804.DBX1.5 和 DB3805.DBX1.5。
3、調(diào)試或使用步驟
3.1、AC 軸編碼器配置及相關(guān)參數(shù)設(shè)定
拓撲識別 SMC20 模塊后，分別在 X，Z 軸的驅(qū)動上進行軸分配，將 A，C 軸對應的 SMC20 模塊作為 X，Z 軸的第二編碼器接口模塊進行配置。然后進入“編碼器數(shù)據(jù)”配置界面，通過“編碼器 +”、“編碼器 - ”選擇“編碼器 2”界面，根據(jù)編碼器類型及參數(shù)在“編碼器 2”的配置界面進行配置。
A、C 軸相關(guān) NC 參數(shù)設(shè)置如下：
MD30460 $MA_BASE_FUNCTION_MASK=100H， 選擇附加的定位軸；
MD30300 $MA_IS_ROT_AX=1 回轉(zhuǎn)軸設(shè)定；
MD30310 $MA_ROT_IS_MODULO=0，取消回轉(zhuǎn)軸模數(shù)轉(zhuǎn)換；
MD30320 $MA_DISPLAY_IS_MODULO=0，取消回轉(zhuǎn)軸模數(shù)360°顯示；
MD34110 $MA_REFP_CYCLE_NR=- 1，取消回參考點；
MD34200 $MA_ENC_REFP_MODE=0，假定為絕對值編碼器回零模式；
MD34210 $MA_ENC_REFP_STATE=1/2/3。
先按照絕對值電機設(shè)零點方法，設(shè)好零點（前提是 A,C 軸對齊零刻度線），然后改為 3，記憶關(guān)機前零點，回零標記變?yōu)榘瞪?/font>
3.2、CUSTOM 用戶自定義畫面設(shè)計
為了讓操作使用的便利，利用 828D 自帶的 EASYSCREEN功能設(shè)計 CUSTOM用戶自定義畫面，其中需要定義初始化程序easyscreen.ini 以及主要的界面程序 custom.com。
3.3、定位宏程序設(shè)計（以 A 軸為例）
3.3.1、基本程序
本例中用一個主軸電機通過機械結(jié)構(gòu)分別與 AC 軸嚙合來驅(qū)動 AC 軸旋轉(zhuǎn)的情況，本質(zhì)上是要分別記憶 AC 軸定位后的位置值并保存到參數(shù)中，因為當 AC 軸轉(zhuǎn)動完成后，機床開始加工的時候主軸是要旋轉(zhuǎn)起來的，而主軸旋轉(zhuǎn)結(jié)束停止的位置是隨機的，那么當再次要進行 AC 軸定位的時候，就要繼續(xù)上次定位的位置進行累加。
同時 A 軸（下頭座）的嚙合與脫開必須滿足主軸在固定的角度，主軸端面的刻線與主軸外圈端面刻線重合，下頭座才能脫開進行旋轉(zhuǎn)。當 C 軸，A 軸都在 0°初始位置時，這個刻線重合處的定位角度 SPOS=17°。并且設(shè)計如下 A 軸刻線對齊位置記憶參數(shù) R5 及相關(guān)程序，如下：
R1=ROUND（$A_DBR[12]）
R7=ROUND（$A_DBR[16]）
R13=R1+R7
IF （R13<=17）
R5=R13+17
ENDIF
IF （R13>17）
R5=R13+17+360
ENDIF
最初 A 軸旋轉(zhuǎn)的時候，定位到 17°的位置，端面刻線對齊后，再通過液壓機構(gòu)脫開，A 軸才可以轉(zhuǎn)動。后面如果有 C 軸的轉(zhuǎn)動，以及 A 軸的轉(zhuǎn)動，都會讓實際主軸端面不旋轉(zhuǎn)的情況下系統(tǒng)界面 SP 軸坐標值數(shù)字累加，但是只要是 A 軸轉(zhuǎn)動就需要主軸端面對齊刻線，所以這個時候就要找到之前 A、C 軸的轉(zhuǎn)動導致的主軸坐標值變化了多少，即 R13 的值，這個值加上最初的 17°等于 R5，再執(zhí)行 SPOS=R5 定位，就是保證了執(zhí)行這個指令的時候主軸端面刻線是對齊的，包括中間執(zhí)行加工任務主軸旋轉(zhuǎn)自由停車后，執(zhí)行 SPOS=R5 都會精確找到這個刻線對齊的定位度數(shù)，因為 AC 兩個編碼器相當于記錄了 AC 定位導致的主軸坐標值累計變化值。
C 軸的旋轉(zhuǎn)不需要固定刻線位置，所以 C 軸的宏程序設(shè)計不需要設(shè)計上面 A 軸的 R5 類型的參數(shù)。只需要在定位完成后將編程位置賦值給當前位置參數(shù)即可。
3.3.2、通過讀取實際坐標值補償運動誤差
R12=R0- $A_DBR[12]
IF （R12> $MN_USER_DATA_FLOAT [10]) OR（R12<-$MN_USER_DATA_FLOAT[10])
SPOS=IC（R12)
ENDIF
G4F0.5
STOPRE
R1=ROUND（$A_DBR[12])
4、宏程序示例
例：A 軸定位宏程序 L280
;R0: A 軸編程位置
;R1: A 軸當前位置
;R2: 編程位置與當前位置的位置差
;R3: R0 除以 5 的值
;R4：R1 除以 5 的值
;R5: A 軸初始定位中間變量
;R7: C 軸當前位置
;R12: A 軸編程位置與實際位置的差值
;R13: A 軸當前位置與 C 軸當前位置之和
;$A_DBD[12]:A 軸實際坐標值保存在 DB4900.DBD12 中
;$A_DBD[16]:C 軸實際坐標值保存在 DB4900.DBD16 中
;MD14514[10]=0.5，A 軸反向間隙設(shè)定誤差補償范圍
R1=ROUND（$A_DBR[12])
R2=R0- R1
R3=R0/5
R4=R1/5
R7=ROUND（$A_DBR[16])
R13=R1+R7
IF R3<>ROUNDUP（R3) GOTOF INFO2
IF R4<>ROUNDUP（R4) GOTOF INFO2
IF R2==0 GOTOF INFO1
IF （R13<=17)
R5=R13+17
ENDIF
IF （R13>17)
R5=R13+17+360
ENDIF
M05
M41
M80
M03S0
G4F0.2
M05
SPOS=R5
M52
G4F2
STOPRE
SPOS=IC（R2)
R12=R0- $A_DBR[12]
IF （R12> $MN_USER_DATA_FLOAT [10]) OR（R12<-$MN_USER_DATA_FLOAT[10])
SPOS=IC（R12)
ENDIF
R1=ROUND（$A_DBR[12])
M53
G4F2
STOPRE
M81
M17
INFO1:MSG（"**** A 軸無旋轉(zhuǎn)動作 原因：編程位置 =當前位置 ****")
G04F3
MSG（"")
M17
INFO2:MSG（"**** A 軸無旋轉(zhuǎn)動作 原因：編程位置不是5 的整數(shù)倍 ****")
G04F3
MSG（"")
M17
5、結(jié)論
帶立臥轉(zhuǎn)換主軸頭的龍門式加工中心比普通立加或臥加功能更加靈活，加工產(chǎn)品范圍更加廣泛，也為客戶節(jié)約了空間以及設(shè)備和人員成本。傳統(tǒng)立臥轉(zhuǎn)換的機床是通過一個立頭和一個臥頭更換分別機械嚙合的方法實現(xiàn)立臥轉(zhuǎn)換，這樣不僅效率低，而且重復定位的精度得不到保證。通過案例既實現(xiàn)傳統(tǒng)的立臥轉(zhuǎn)換，擴大了產(chǎn)品加工范圍，又保證了重復定位精度及加工效率，不失為一種有效的方法。
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