利用MAPOSS量仪改造德国数控车轴磨床在线测量系统

袁敬　张正军

摘要：德国肖特车轴磨床是中国中车眉山车辆有限公司的重点设备。文章介绍了如何利用MAPOSS量仪改造德国数控车轴磨床在线测量系统，并且重点对关键的用户循环程序的改造进行了分析，对今后高端设备技术改造提供了借鉴。

关键词：MAPOSS量仪；德国数控车轴磨床；在线测量系统；NC；PLC；用户循环程序 文献标识码：A

中图分类号：TP271 文章编号：1009-2374（2016）01-0027-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.01.014

我公司2004年引进的德国肖特数控车轴磨床，其在线自动测量系统采用的是利用肖特自制的测量头加MAPOSS的P7量仪信号控制器获得的测量数据传输给西门子840D系统，与CNC系统中设定的标准数据进行比较加工，当达到尺寸要求时，通过西门子S7-300PLC对机床发信号结束磨削加工，从而控制加工精度。由于德国公司自制的测量头结构复杂，经常出现故障，对公司的正常生产带来巨大困难，因此公司决定对其在线测量系统进行改造。改造方式确定为利用MAPOSS公司的通用量仪和定位装置，结合原有的P7量仪信号控制器取代肖特自制的测量头加MAPOSS的P7量仪信号控制器控制方式，并对原NC程序和PLC程序进行改造，以满足新的在线自动控制要求。本次改造中最核心的也是难度最大的部分就是对原设备NC程序、PLC程序的改造，所以本文探讨的重点也以此部分为主。

肖特数控车轴磨床磨削加工过程主要包括以下几部分，即先通过噪音定位，确定基准；然后根据设定加工尺寸进行粗磨、半精磨、精磨；之后开工件门，测量实际尺寸；再设定需进一步加工的补偿量进行尺寸加工，反复多次直到达到要求。为此，改造方案确定为，拆除原有设备上的整套肖特量仪（定位、测量一体仪），新增加MAPOSS的T25定位装置系统和P7量仪来实现原有的自动定位、自动在线测量加工功能。要想让新的MAPOSS的T25定位装置系统和P7量仪发挥作用，还要对原有的西门子840D的NC程序以及下位机西门子S7-300的PLC程序进行修改和补充，并且要屏蔽掉原来为旧的肖特量仪设定的参数，才能使新的测量系统发挥作用，否则会出现报警冲突，新系统将无法工作，因此全部系统改造工作主要由以下部分构成：

1 改变系统参数设置，取消原量仪系统

要想改造原量仪系统，必须先让原肖特量仪Y3系统在主西门子840D系统中失效，否则一旦取消Y3将造成主系统故障报警，任何工作都无法进行。因此，首先要将原肖特量仪设置为失效，将原肖特量仪Y3设置为失效主要包括以下步骤和参数：

第一，840D程序界面—启动—通用机床数据—选择机床数据MD14512置【0】。

第二，840D程序界面—启动—轴数据—选择Y3轴机床数据MD30130=0，MD30200=0，MD30240【0】=0。

第三，840D程序界面—参数—用户数据—选择GUD2—设置NC变量，DIAVORH=0。

第四，840D程序界面—启动—驱动配置—驱动号：10（Y3）设置成不激活。

注：Y3轴即为原肖特量仪在西门子840D里的驱动轴，以上所有操作完成后，关闭总电源开关，机床重新上电后，回参考点，操作完成。

2 修改和新增加西门子840D的NC控制程序

第一，在原用户循环程序中新增MAPOSS的T25对刀子程序实现新自动端面定位。

原对刀子程序为L890_SPF，新对刀子程序采用了部分原程序变量并进行重新定义以满足T25对刀仪的响应要求，不仅如此，新增加数R192对刀基准，完成粗对刀的快速响应，并通过二次精确对刀来保证定位准确，具体程序及说明见下面所示：

%_N_L892_SPF 新对刀子程序

Z=R192+6 F2500 注：R192为对刀基准值 Z轴快速向基准移动

STOPRE

G90 G1 Z=R192+4 F800 注：Z轴减速靠近

STOPRE

G90 G1 C3=-166 F1000 注：对刀头T25旋下

G91 G1 Z=-3 F800 注：Z轴再减速靠近

Z=-0.5 F100 注：Z轴继续减速靠近

WHEN $A_IN[7] ==1 DO DELDTG 注：第一次碰到，第一次对刀

G91 G1 Z=-3 F30 注：T25第一次对刀

Z=0.2 F=50 注：退刀准备第二次精确对刀

WHEN $A_IN[7] ==1 DO DELDTG

G91 G1 Z=-0.5 F2 注：T25第二次对刀

STOPRE

R191=$AA_IW[Z] 注：R191为对刀现在值读取工件Z轴坐标

R190=R191-R192 注：R190为对刀误差值，通过计算得出

STOPRE

M17

%_N_L893_SPF 注：对刀退回子程序（手动时）

G90 G1 X=650 F=2000

Z=R192+3 F500

G1 G90 C3=-69.5 F800

M17

%_N_L894_SPF 注：新对刀子程序（自动时）

G90 G1 X=650 F2500

Z=R192+6 F8000 注：R192为对刀基准值 Z轴快速向基准移动，速度为F8000

STOPRE

G90 G1 Z=R192+4 F800 注：Z轴减速靠近，速度为F800

STOPRE

G90 G1 C3=-166 F3000 注：对刀头T25旋下

G91 G1 Z=-3 F800 注：Z轴再减速靠近

Z=-0.2 F100 注：Z轴继续减速靠近

WHEN $A_IN[7] ==1 DO DELDTG 注：第一次碰到，第一次对刀

G91 G1 Z=-3 F30 注：T25第一次对刀

Z=0.2 F=50 注：退刀准备第二次精确对刀

WHEN $A_IN[7] ==1 DO DELDTG

G91 G1 Z=-0.5 F2 注：T25第二次对刀

STOPRE

R191=$AA_IW[Z] 注：R191 对刀现在值读取工件Z轴坐标

R190=R191-R192 注：R190 对刀误差值计算

STOPRE

M17

%_N_L895_SPF 注：对刀退回子程序（自动时）

G90 G1 X=650 F=2000

Z=R192+3 F500

STOPRE

G1 G90 C3=-69.5 F2800

M17

第二，在原用户循环程序中新增MAPOSS的在线测量子程序L515实现自动在线测量及加工，在此部分仍然以原在线测量子程序L510程序结构作为基本框架，对部分西门子840D的R参数进行重新定义以及部分PLC响应节点进行重新编程，具体程序及注释如下所示：

%_N_L515_SPF 新进入粗磨程序（部分，原为510）

G1 G91 Z=R290 X=-0.15 F=R197 注：R290端面磨削调整值从-0.15改到-0.2，将增加Z轴进给，加大端面磨削量，反之减小。

WHEN $A_IN[9] ==1 DO DELDTG 注：给PLC的DB222.DBX11.4发信号

N260 G91 G1 M1=116 M1=114 X=-0.7 Z=-0.7 F=R193 注：R193为粗磨速率

WHEN $A_IN[10] ==1 DO DELDTG 注：给PLC的DB222.DBX11.5发信号

F=R194 X=-0.25 Z=-0.25 注：R194为半精磨速率

G4 F1

MSG（“VV”）

WHEN $A_IN[11] ==1 DO DELDTG 注：给PLC的DB222.DBX11.6发信号

F=R195 X=-0.1 Z=-0.1 注：R195为精磨速率

MSG（“VVV”）

WHEN $A_IN[12] ==1 DO DELDTG 注：给PLC的DB222.DBX11.7发信号

F=R196 X=-0.1 Z=-0.1 注：R196为光磨速率

G91 G1 X=0.5 Z=0.1 F=4000

GOTOF LB200

RET

3 改造和新增下位机西门子S7-300的PLC程序

改造程序完成之后，接下来就是对原西门子S7-300的PLC程序进行修改和增加，利用西门子S7-300的专用程序调试软件STEP 7，对上面程序段中出现的各变量代号（如$A_IN[9]）在西门子840D的PLC程序中定义相应的内存地址（如DB222.DBX11.4），通过寻址命令对其出现的各种状态进行访问和反馈，从而实现控制，并且新增加子程序块FC123等来实现测量臂自动在线伸缩、保护防撞等功能，由于程序结构过于庞大，在此不再详述。

4 完成实物及线路改造

拆除旧Y3量仪系统，现场安装新量仪及对刀装置，完成实物及线路改造。首先将旧Y3量仪测量臂上的各电气线路脱开，之后将Y3量仪拆除，自行制作工装并将新T25对刀仪安装在原Y3量仪位置，使新T25就位，在轴座头部，利用新制工装将新量仪安装固定，并在量仪旁安装防护装置，最后安装新增电气开关、限位等部件，将新增电气线路进行重新敷设和连接，所有安装结束后进行现场调试工作。不仅如此，由于量仪安装位置的改变，与原自动上料机械手产生了位置干涉，还对配套设备上料机械手进行了改造，将自动上料机械手进行机械位置调整，从而满足新装置要求。

经过所有工程技术人员、设备操作人员、维修人员的不懈努力，终于使本次改造获得圆满成功。经过本次系统改造，不但使测量装置的故障率大幅度降低，并且缩短了对刀等过程的工作运行时间，提升了设备工效，为公司创造了更大价值。

参考文献

[1] 王德兰.德国肖特车轴磨床在线测量系统的改造[J].机车车辆工艺，2009，（3）.

（责任编辑：周 琼）