近年来国内大规格滚珠丝杆需求正在迅速增长，10m丝杆的需求更为突出。10m丝杆主要用于大型数控龙门铣、落地镗床、机场登机通道等大型设备。2009年作为国家科技重大专项 ，我公司承担了“大型精密、高效数控螺纹加工设备” 研发工作， SK7450×100的10m数控丝杠磨床是国内目前最大的螺纹磨床，可整体磨削10m丝杠。由于工件的外圆需要磨削，单独为此机床配备一台10m外圆磨床成本太高，因此该机床应具备外圆磨削功能。因工件为单向磨削，返程时间长，希望在工件返回磨削起点的过程中完成砂轮修整任务。长丝杆价值高，突然停电将会导致正在加工的工件报废，因此要求机床必须具备断电回退功能。该机床在外接电源突然断电的情况下，Z 、C 轴在联动状态时，X轴（砂轮）能作出快速响应，朝机床进给的反方向回退0.5mm以上，保护工件不被损坏。

       1.螺纹磨床基本结构及工作原理

       SK7450×100为5轴数控螺纹磨床，原理如图1所示。

       X 为砂轮架前后进给运动；Z 为工作左右运动；C 为工件旋转运动；V 为修正轮上下运动；W为修正轮左右运动；V、W轴的插补运动可完成砂轮齿形修整，Z 、C 轴的联动形成螺旋线，在磨削过程中，C 轴转360°，Z 轴走一个螺距，切削过程中必须保证严格的联动关系。外界停电时，Z 、C轴停止运动，砂轮由于惯性继续旋转，工件和砂轮接触的区域多磨去一部分金属，造成工件损坏。

       X、Z 、C 分配在通道1，V、W分配在通道2，X，Z 、V、W在机床数据中设为直线轴，且均设为几何轴，C设为旋转轴。

       2. 双通道及轴转换功能

       （1）双通道 该机床设为双通道，目的是可以同时运行磨削程序和修整程序，对系统参数设置如下。

       基本参数设定：

       10000 AXCONF_MACHAX_NAME_TAB: X1，Z1，C1，V2，W2

       10010 ASSIGN_CHAN_TO_MODE_GROUP [0]:1

       10010 ASSIGN_CHAN_TO_MODE_GROUP [1]:1

       19200 $ON_NUM_CHANNELS:2

       通道CH1参数设定：

       20050 AXCONF_GEOAX_ASSIGN_TAB[0，1]:1，2

       （定义几何轴）

       20060 AXCONF_GEOAX_NAME_TAB[0，1]:X1，Z1

       （几何轴名称）

       20070 AXCONF_MACHAX_USED[0，1，2，3，4]:1-5

       （第1通道显示轴数）

       V 、W 设在两个通道中，主通道为CH2，在CH1中该轴名称反向显示，便于观察。

       20080 AXCONF_CHANAX_NAME_TAB[0，1，2，3，4]:X，Z，C，V，W（轴名称）

       通道CH2参数设定：

       20050 AXCONF_GEOAX_ASSIGN_TAB[0，1]:1，2

       （定义几何轴）

       20060 AXCONF_GEOAX_NAME_TAB[0，1]V，W（几何轴名称）

       20070 AXCONF_MACHAX_USED[0，1]:1-2

       20080 AXCONF_CHANAX_NAME_TAB[4，5]: V，W

       （2）轴转换功能应用 机床上电后C 轴默认为主轴形式，执行螺纹磨削程序前，在MDA方式下，执行M70指令，将C 轴转换成旋转轴，然后回参考点。外圆磨削时，外圆磨削程序前执行一条指令SPCON，将旋转轴转换成主轴，NC程序中可以用S指令给定主轴转速。

       （3）第2通道应用 螺纹磨削时，工件从起点磨到终点时，当砂轮退出工件，在第一通道的磨削主程序中通过执行M代码启动CH2上的修整程序，工件返回和砂轮修整同时执行，节省了加工时间。

       砂轮修整程序也可以通过机床面板上的按键启动。

       砂轮修整补偿量可存放在自定义的公用变量GT中，第1通道的磨削程序可以用来进行砂轮修整补偿。

        3. 断电回退功能

        （1）硬件配置及连线 系统选用SIEMENS840D，PLC 为S7－300，驱动器为611D，交流伺服电动机为1FT6系列和1FK系列。为了降低成本，采用国产电容器和UPS，硬件连接电路如图2所示。

       （2）电路工作原理 在图2所示电路中，UPS为PC机所用600W UPS电源，开关K为UPS电源控制开关。当开关K闭合时，UPS电源工作，向外部提供AC220V交流电，供给后面的DC24V用；当开关K断开时，停止向外提供AC220V交流电。开关K用来检测是外界停电还是机床正常关机，开关K与机床总电源开关联动。外界停电时K是闭合的，正常关闭机床电源时K是断开的。当UPS外部无AC220V供电时，UPS自动切换到逆变状态，正常向直流电源供给AC220V交流电压，从而实现了DC24V直流电源的不间断供电。驱动器动力电是由并接在直流母线上的电容储备的电能供给的，电源模块上可外接最大电容的容量，在西门子技术资料上查到，该机床采用的电容模块为1.5mF。需要实现断电回退功能的机床所选电源模块必须是具备能量回馈功能，本机床采用的是E/R－MODUL模块，订货型号为6SN1145－1BA01－0BA3。

       （3）回馈参数及程序 西门子的断电回馈为选项功能，只有在订货时选上此功能才能激活。机床数据中需设置下列数据：

       1634:LINK_VOLTAGE_RETRACT 580;

       1635:GEN_AXI_MIN_SPEED 0r/min;

       1637:GEN_STOP_DELAY 100ms;

       1638:RETRAC_TIME 500ms;

       1639:RETRACT_SPEED 400000H;

       NC程序中需增加下列程序段：

       $MA_ESR_REACTION[X]=11

       $AA_ENABLE[X]=1

       IDS=1 WHENEVER $AA_E SR_S TAT[X]>0 DO

       POS[X]=5

       此程序段可以放在螺纹加工循环程序之前，当直流母线电压低于580V时，机床即开始执行断电回退功能。

       4. 结语