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840D 數控系統 H 功能實現旋風刀架的程序開合

2020-5-8 來源：青島海西重工有限責任公司作者：李其昌劉曉軍呂剛李猛

摘要：數控重型曲軸車床旋風刀架使用的是可開合分體式轉盤，由于轉盤的開啟和閉合控制流程較為復雜，為避免使用人員的誤操作，利用 SIEMENS 840D 數控系統 H 功能編寫 NC 程序，采用 NC 程序和 PLC 程序相結合的方式，可以實現旋風刀架的程序開合控制。

關鍵詞：旋風刀架；PLC 程序；840D 系統；H 功能

0 引言

旋風刀架是數控重型曲軸車床的核心部件，主要用于加工大型船用低速柴油機曲軸的柺頸部位。旋風刀架的切削方式為轉盤帶動刀具旋轉、工件固定。圖 1a 為其閉合加工狀態。在加工前，先開啟旋風刀架上分體，將曲軸拐頸卡住后，再閉合加工。圖1b 為開啟狀態。旋風刀架的開合涉及的動作控制流程較多，為避免操作人員使用時的誤操作，利用 SIEMENS 840D 系統 H 功能編寫 NC 程序，實現旋風刀架的程序開合控制。

1、旋風刀架開合控制流程

旋風刀架的上體（TOP PART）開啟與閉合由液壓油缸驅動。旋風刀架內部切削用的回轉盤（ROTARY RING）帶有齒圈，通過主驅動齒輪帶動進而實現回轉切削運動。回轉盤上裝有刀盤，刀盤由伺服機驅動，通過進給齒輪的行星差動精密機構傳遞，可在轉盤上做徑向進給運動（U2軸）。

回轉盤分為兩部分，轉盤上分體可隨旋風刀架上體一起開合。開啟前，轉盤上下分體和內部齒圈由 4 個鎖緊機構鎖定，避免內部齒圈脫出。4 個鎖緊機構分別為固定轉盤上分體的上插內齒（ROTARY RING UPPER PART），固定上部進給齒輪的上插外齒（FEED GEAR），固定轉盤下分體的下插內齒（ROTARY RING LOEERPART），固定主驅動齒輪的下插外齒（MAIN GEAR）。

在閉合使用時，需要將 4 個鎖緊機構全部放松。鎖緊機構的鎖緊和放松是否到位由行程限位控制。

回轉盤左右有 4 個對接把合上下分體的把合螺釘（SCREWS），在閉合切削使用時需要安裝把合，旋風刀架開啟前需要拆掉。把合螺釘不用時，有固定的放置位置，裝有感應開關，進而判斷把合螺釘處于安裝或脫離狀態。

圖 1 旋風刀架的開啟與閉合

閉合時，由一個伺服電機帶動鎖緊螺桿（SCREW DRI－ER），將旋風刀架上體與下體緊密固定。開啟前，需要將鎖緊螺桿松開。鎖緊螺桿的鎖緊和放松是否到位由行程限位控制。

旋風刀架開啟時，需要將回轉盤旋轉到固定開啟位置，同時移動 U 軸到固定開啟位置，這樣使 4 個鎖緊機構能對準插孔。判斷回轉盤和 U2軸是否到達固定開啟位置，分別通過感應開關來實現（IN/NO OPENING POSITION）。閉合動作流程如圖 2 所示。開啟動作流程如圖 3 所示。

圖 2 旋風刀架閉合流程

圖 3 旋風刀架開啟流程

旋風刀架開合控制流程較為復雜，操作人員使用時，如果漏掉某一個步驟，嚴重時會造成內部齒圈脫落，對設備造成重大損傷。如果全部使用 PLC 進行各種運算控制，程序較為復雜。為了便于操作人員使用，可以使用 H 輔助功能實現程序開合。

2、 H 功能簡述及參數設置

840D 數控系統功能有 M（輔助功能）、S（主軸功能）、H（輔助功能）、T（刀號）等，相比其他輔助功能，H 功能的處理終端為 NC的 CPU，運算功能較為強大，處理執行速度快，由 NC 的插補周期決定。運用 PLC 與 NC 程序相結合的方法實現旋風刀架的開合，PLC 程序將大為簡化，也能直觀顯示操作流程順序，避免誤操作。H 功能的傳輸 PLC 接口地址如圖 4 所示。

圖 4 H 代碼與 PLC 傳輸接口地址

系統定義了同一個 NC 程序段中對多可以編程 3 個 H 代碼指令，故 PLC 的接口也定義了 3 個。在PLC 的接口地址方面，DBW140 作為該 NC 程序段中第一個 H 代碼指令的地址，DBD142 作為第一個H 代碼指令的內容。H 功能的值類型有整數和浮點數，在本機床采用的是整數，要把參數 MD22110 設置為 1。

3 、利用 H 功能編寫的 NC 開合程序及相應 PLC 程序

3.1 旋風刀架開啟的 NC 程序

以旋風刀架較為復雜的開啟程序為例，根據 H 功能編寫的NC 程序如下：