西门子840Dsl数控系统在HELLER MCH300卧式加工中心改造中的应用

2019-03-07王其于海勃赵训茶张传勇李勇刚

中国设备工程 2019年4期

王其，于海勃，赵训茶，张传勇，李勇刚

（1.中国石油集团济柴动力有限公司，山东济南 250306；2.山东劳动职业技术学院机制工艺系，山东济南 250306）

SINUMERIK 840Dsl数控系统是西门子公司近年推出的面向车削、铣削和磨削机床的高端数控系统，其几乎可以适用于包括立式/卧式加工中心、车铣复合加工中心、各类磨床及专用机床在内的所有数控机床与装备等，具有多种专用数控功能和良好的开放性，便于针对具体数控装备进行多种深入的二次开发。以一台由德国HELLER公司生产的MCH300卧式加工中心数控改造为例，阐述840Dsl数控系统的几种功能应用，如加工中心的刀具管理、TRANSLINE HMI Pro人机界面应用开发，并针对HELLER公司自主开发的IPM刀具监控系统的改造做阐述。

1 机床结构

MCH300卧式加工中心的主机部分是一台带有数控回转工作台的卧式镗铣床，数控轴有工作台左右移动（X轴）、主轴箱垂直移动（Y轴）、主轴前后移动（Z轴）、工作台回转（B轴）、主轴（SP）和刀库定位轴（MX轴），带有可交换工作台，X、Y、Z轴均通过封闭式直线光栅尺作全闭环控制，B轴带绝对值型圆光栅，主轴具有机械两档，通过直接位置编码器实现全闭环控制。机床自带链式刀库，50个刀位，带有液压控制的机械手用于换刀，机床背面有装卸刀站。

2 系统配置

系统选用NCU720.3PN，并配置选项功能使其支持6个数控轴、2个通道、2个方式组，配置OP012 12”彩色TFT显示器和MCP483 PN机床控制面板，另选配TRANSLINE HMI Pro Runtime版软件及CS开发版软件安装在PCU50.5的Operate中。并加配刀具管理功能以支持手动刀具库（虚拟刀库）。系统配置HT2手持终端用于对刀和近距离手动操作。各进给轴均采用SINAMICS S120书本型模块驱动1FT7交流伺服电机，所有伺服电机自带的DriveCLiQ接口编码器均直接接入驱动总线，配置带馈电功能的ALM电源模块和AIM滤波接口模块，可适应供电电网电压有一定波动情况下的运行。X、Y、Z轴均更换新的HEIDENHAIN LC195型绝对值光栅尺，所有闭环测量装置均通过SMC20模块将原光栅尺或编码器的EnDat信号经转换接入到DriveCLiQ总线。系统共有12个测量系统，故增加一个NX10.3扩展数控单元。刀库装卸载站配置一只OP08T，通过以太网连接至NCU，为布线和维修方便，增加一只4口工业以太网交换机，将PN转接盒、MCP483PN等集中接入。

3 功能实现

3.1 TRANSLINE

TRANLINE HMI Pro又叫MyHMI/PRO，是专门用于输送线、加工中心和装配线开发大批量生产中操作和监控任务的机床操作界面软件，利用OP面板两侧的垂直软键实现多个手动动作的操作与显示，它常用于加工中心的调整模式下的手动刀具交换、可交换工作台的手动操作等。该软件功能强大，二次开发简便，通用性较好。图1为该项目文件运行时的截图。

图1 MCH300卧式加工中心TRANSLINE画面截图

要使HMI PRO界面能正常运行，还需编制相应的PLC程序。软件自带工具包中含有常用的功能块程序，可以调用相应的程序实现软键地址定义、地址译码、地址映像等，并根据实际机床控制的需求，编制每个动作对应的逻辑程序，程序内容应包括前提条件、设备状态、动作地址操作、动作结果等。HMI PRO的功能很强大，可以嵌入轴位置、工件坐标系等系统变量等，图1中已放置Z轴位置、Q轴实际位置。

3.2 刀具管理

840Dsl系统自带刀具管理功能，支持一个物理刀库，对于MCH300卧式加工中心来说，其50刀位的链式刀库不带独立的装卸刀库，应该适合基本配置的应用。但是该机床需要具备主轴直接手动装卸刀的功能，使用移动刀具车放置大刀、长刀、超重刀具等特殊刀具，从刀具车装载到主轴上的刀具只能卸载到刀具车，而不能卸载到链式刀库中，否则会引起碰撞等事故，所以还需要建立一个虚拟刀库，同时在MCP上需要设置手动装卸刀具的确认按钮功能，因此需要配置刀具管理功能选项。刀库配置：链式物理刀库号为1，移动式刀具车刀库号为2，刀库缓冲区（包括机械手爪1、机械手爪2、备刀座、主轴，共4个刀位）作为一个虚拟刀库，其刀库号为9998，装载点作为另一个虚拟刀库，刀库号为9999，该机床设置2个装载点（装卸载站、主轴）。

新的Operate支持人机交互式刀库配置，比原来的HMI Advanced更加方便直观。配置完成后，按“激活数据”软键，使刀具管理配置文件生效，系统会自动生成刀具管理系统PLC与NC的接口数据块（包括DB71、DB72、DB74等）。此时可以在“参数”菜单下查看刀具配置的结果，相应的缓冲区刀位、链式刀库刀位、移动式刀具车刀位等均显示在刀具表和刀库目录中。将装载、卸载、移位等功能作为后台处理方案，不影响机床主机部分的加工，刀具准备和旧刀入库均不占用加工时间，以使机床的加工效率提高。编制各个任务对应的逻辑动作PLC程序，各步骤完成激活相应的接口信号通知刀具管理系统响应。

3.3 刀具监控系统

HELLER公司自主研发的IPM刀具监控系统是一套基于优化工艺加工、减少刀具过载/断刀故障的应用软件，它安装在数控机床上，根据不同刀具属性、不同加工对象、不同的加工参数来选择不同的刀具监控方案，每个监控方案中有刀具转速、负载电流、进给速度等参数，当其中某个预设限制值达到则触发系统报警，同时通过程序响应机床安全退出或中断加工状态，起到保护机床和刀具的作用。应用OEM软件开发包开发满足监控方案添加/复制/删除、方案元素数值设定/修改、刀具类型与属性选择等界面，并具有人机交互帮助功能。每个方案编号可以与刀具刀沿OEM自定义数据相链接，也就是说，每次新建刀具时均可在其OEM自定义数据块（$TC_DPC1和$TC_DPC2）中设置其刀具监控方案编号，然后在PLC程序中编制相应的监控值，并实时与实际值比较，若达到限制值则触发相应的异步子程序响应刀具退出或加工暂停等。