SINUMERIK 840D编程指令在维修改造中的应用

2011-04-14胡建国

设备管理与维修 2011年12期

胡建国

编程指令是组成数控程序的核心，是实现数控机床运行的语言。基本的编程指令包括：准备功能G指令、坐标字、进给功能F、主轴功能S、刀具功能T、刀具补偿号D、辅助功能M等。在设备维修改造中，可以充分利用这些编程指令提高设备的性能，以下是在上海电气核电设备有限公司生产实践中的应用。

1.SINUMERIK 840D编程指令

SINUMERIK 840D不仅包括DIN/ISO标准的编程指令，还提供了系统特有的指令。这些特殊指令不仅可实现复杂工件的编程，还为设备维修改造实现特殊功能提供了方便。使用这些特殊指令可以实现包括进给轴扭矩限制、改善跟随误差及加工程序与PLC交互等功能。

2.扭矩限制指令实现深孔钻削保护

FXS（选择/不选择运行到固定挡块）和FXST（设置夹紧扭矩百分比）指令组合使用可以实现对最大扭矩的控制及为装夹工件产生所要求的功率，如尾架、套筒和夹具，还可以返回机械参考点。利用足够的减速扭矩，不用连接探头执行简单的测量工作。

HTB-III数控三轴深孔钻床是核电蒸汽发生器管板深孔加工的关键设备，管板的群孔深孔加工是核电设备制造中的高难技术之一。深孔加工是在封闭或半封闭条件下进行的，很难实时观察到加工状况，只有通过对设备进给轴及主轴监控、控制才能保证深孔的质量。在对HTB-III数控三轴深孔钻床的改造中，通过NC-VAR取出相关数据，并设置报警，确保深孔质量。但在实际应用中，深孔加工在不同阶段，钻入母材、不同材料及钻出时均有不同的切削参数，进给各轴的扭矩也有显著的差别。需要在钻削中控制进给轴的扭矩，在加工程序中加入扭矩限制功能。

FXS[Z1]=1，即设置Z1轴选择“运行到固定挡块”，FXST[Z1]=××，即设置Z1轴最大夹紧扭矩为××%，使用该指令实现在钻削力大于设置值时，进给轴停止功能，避免因刀刃损坏引起深孔的损伤。在有关的诊断画面可以实时监控该轴的扭矩限制值。

…

N50 IF R802

N60 G01 G90 Z1=R800 F=R801 FXS[Z1]=1 FXST[Z1]=30；Z1轴扭矩限制生效，限制为30%（钻削进入管板堆焊层）

…

N160 PRO1:G01 G90 Z1=R803 F=R801 FXS[Z1]=1 FXST[Z1]=20；Z1轴扭矩限制生效，限制为20%（完成堆焊层钻削，进入母材）

…

N340 FXS[Z1]=0；取消Z1轴扭矩限制，极限值为系统默认800%

…

3.前馈控制及加速度性能指令实现刚性攻丝

FFWON/FFWOF（接通/取消前馈控制）指令是通过提高轴增益，减少轴跟随误差，实现轴运行精准位置控制。BRISK/SOFT/DRIVE（跳跃/冲击限制/降低式的轴加速度）指令是分别实现轴加速的快速、稳定或缓慢的加速性能。

一台捷克SKODA HCW4-300落地式镗铣床使用刚性攻丝G331功能时，出现25050报警，即C轴轮廓监控报警。在刚性攻丝开始时，由诊断画面可知，C轴伺服增益为0.3，出现报警时跟随误差逐渐增大至MD36400设置的报警门限值，C轴启动时有机械冲击声响。根据诊断说明书，修改MD32200增益系数，使Kv为1，此时主轴旋转出现振荡现象，无法通过修改该参数提高增益减少跟随误差。

报警原因是由于C轴为Φ300mm的镗轴，转动惯量较大，设定的增益过低，造成跟随误差累计超过误差设定值，需要在不修改MD32200参数的前提下提高伺服增益。在编程参数中西门子CYCLE 84刚性攻丝循环指令调用了“前馈控制指令FFWON”和“加速性能SOFT”功能。在调用CYCLE 84循环程序时，监控C轴增益为10左右，跟随误差控制在极小的范围内，C轴启动平缓。为开启预控制指令，首次需要修改C轴相关参数，MD32620前馈控制方式设为1，表明使用速度前馈方式；MD32630设置为1，用零件程序激活/关闭前馈控制功能。在原加工程序中主轴定位后加入FFWON及SOFT指令提高C轴增益、改善加速性能。

…；各轴定位，C轴不旋转

N50 SPOS=0；C轴定位，准备攻丝

N60 FFWON；激活前馈控制

N70 SOFT；柔性加速

N80 G331 Y62 J4 S20；C轴20r/min速度攻螺距4mm的螺纹

N90 G331 Y0 J4；C轴反向退出

N100 G4 F10 ；暂停10s，清除铁屑

N110 FFWOF；关闭前馈控制

…

4.NCK-PLC交互信号的应用

在一些特殊工艺的数控加工程序中，需要设备满足特定条件才能执行程序，或在某段程序中需要屏蔽某些条件，虽然可以通过只修改PLC程序实现这些功能，但会造成PLC程序过于复杂，加工程序编写复杂缺乏灵活性等问题。SINUMERIK 840D的NCK-PLC数据交换功能，可以便捷地实现上述功能：$A_IN[n]，PLC 输出信号至 NCK；$A_OUT[n]，NCK输出信号至PLC。

以EPR蒸汽发生器管板深孔加工为例，AREVA公司工艺要求钻杆回退阶段主轴旋转并高速回退，而公司的TBT数控三轴深孔钻床设计为主轴停止时高速回退，并在主轴运行时检测冷却液压力，报警需要用REST键消除，不能满足工艺要求。通过修改设备的加工程序及PLC程序实现工艺要求，改造后只需在加工程序中调用/不调用$A_OUT[1]即能实现对冷却液压力的监控/屏蔽，实现了编程的灵活性，满足了不同的加工工艺的要求。

修改$A_OUT[n]数量参数MD10360为3，建立3个NCK输出信号至PLC，分别用于3根主轴。以一号轴改造为例，对加工程序及PLC程序分别做如下修改：

（1）原加工程序

...；完成钻削

N510 M5；主轴停止

N520 M09；冷却液停止

N530 G90 G00 Z1=ARBST+SICHABS；高速回退

...

（2）PLC原程序

FC 6O NW8

A M24.2//REST按钮按下

=L12.0

//冷却液压力报警消除