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840D 数控系统 H 功能实现旋风刀架的程序开合

2020-5-8 来源：青岛海西重工有限责任公司作者：李其昌刘晓军吕刚李猛

摘要：数控重型曲轴车床旋风刀架使用的是可开合分体式转盘，由于转盘的开启和闭合控制流程较为复杂，为避免使用人员的误操作，利用 SIEMENS 840D 数控系统 H 功能编写 NC 程序，采用 NC 程序和 PLC 程序相结合的方式，可以实现旋风刀架的程序开合控制。

关键词：旋风刀架；PLC 程序；840D 系统；H 功能

0 引言

旋风刀架是数控重型曲轴车床的核心部件，主要用于加工大型船用低速柴油机曲轴的柺颈部位。旋风刀架的切削方式为转盘带动刀具旋转、工件固定。图 1a 为其闭合加工状态。在加工前，先开启旋风刀架上分体，将曲轴拐颈卡住后，再闭合加工。图1b 为开启状态。旋风刀架的开合涉及的动作控制流程较多，为避免操作人员使用时的误操作，利用 SIEMENS 840D 系统 H 功能编写 NC 程序，实现旋风刀架的程序开合控制。

1、旋风刀架开合控制流程

旋风刀架的上体（TOP PART）开启与闭合由液压油缸驱动。旋风刀架内部切削用的回转盘（ROTARY RING）带有齿圈，通过主驱动齿轮带动进而实现回转切削运动。回转盘上装有刀盘，刀盘由伺服机驱动，通过进给齿轮的行星差动精密机构传递，可在转盘上做径向进给运动（U2轴）。

回转盘分为两部分，转盘上分体可随旋风刀架上体一起开合。开启前，转盘上下分体和内部齿圈由 4 个锁紧机构锁定，避免内部齿圈脱出。4 个锁紧机构分别为固定转盘上分体的上插内齿（ROTARY RING UPPER PART），固定上部进给齿轮的上插外齿（FEED GEAR），固定转盘下分体的下插内齿（ROTARY RING LOEERPART），固定主驱动齿轮的下插外齿（MAIN GEAR）。

在闭合使用时，需要将 4 个锁紧机构全部放松。锁紧机构的锁紧和放松是否到位由行程限位控制。

回转盘左右有 4 个对接把合上下分体的把合螺钉（SCREWS），在闭合切削使用时需要安装把合，旋风刀架开启前需要拆掉。把合螺钉不用时，有固定的放置位置，装有感应开关，进而判断把合螺钉处于安装或脱离状态。

图 1 旋风刀架的开启与闭合

闭合时，由一个伺服电机带动锁紧螺杆（SCREW DRI－ER），将旋风刀架上体与下体紧密固定。开启前，需要将锁紧螺杆松开。锁紧螺杆的锁紧和放松是否到位由行程限位控制。

旋风刀架开启时，需要将回转盘旋转到固定开启位置，同时移动 U 轴到固定开启位置，这样使 4 个锁紧机构能对准插孔。判断回转盘和 U2轴是否到达固定开启位置，分别通过感应开关来实现（IN/NO OPENING POSITION）。闭合动作流程如图 2 所示。开启动作流程如图 3 所示。

图 2 旋风刀架闭合流程

图 3 旋风刀架开启流程

旋风刀架开合控制流程较为复杂，操作人员使用时，如果漏掉某一个步骤，严重时会造成内部齿圈脱落，对设备造成重大损伤。如果全部使用 PLC 进行各种运算控制，程序较为复杂。为了便于操作人员使用，可以使用 H 辅助功能实现程序开合。

2、 H 功能简述及参数设置

840D 数控系统功能有 M（辅助功能）、S（主轴功能）、H（辅助功能）、T（刀号）等，相比其他辅助功能，H 功能的处理终端为 NC的 CPU，运算功能较为强大，处理执行速度快，由 NC 的插补周期决定。运用 PLC 与 NC 程序相结合的方法实现旋风刀架的开合，PLC 程序将大为简化，也能直观显示操作流程顺序，避免误操作。H 功能的传输 PLC 接口地址如图 4 所示。

图 4 H 代码与 PLC 传输接口地址

系统定义了同一个 NC 程序段中对多可以编程 3 个 H 代码指令，故 PLC 的接口也定义了 3 个。在PLC 的接口地址方面，DBW140 作为该 NC 程序段中第一个 H 代码指令的地址，DBD142 作为第一个H 代码指令的内容。H 功能的值类型有整数和浮点数，在本机床采用的是整数，要把参数 MD22110 设置为 1。

3 、利用 H 功能编写的 NC 开合程序及相应 PLC 程序

3.1 旋风刀架开启的 NC 程序

以旋风刀架较为复杂的开启程序为例，根据 H 功能编写的NC 程序如下：