西门子特殊功能在旋风铣床上的应用

■陕西汉江机床有限公司 （陕西 723003） 贾振旭 苏保平 刘 辉

西门子特殊功能在旋风铣床上的应用

■陕西汉江机床有限公司 （陕西 723003） 贾振旭 苏保平 刘 辉

摘要：大型数控旋风铣床一般加工工件较长，而且振动较大。为了提高加工精度，减小刀具磨损，需要在铣头两端夹持工件。由于一般伺服电动机控制为位置控制，不能满足需求，西门子带力矩控制的固定点停止功能可以很好的解决力矩控制的需求。本文以数控旋风铣床中的具体应用，详细介绍西门子带力矩控制的固定点停止功能的调试方法。

近年来国内大规格滚珠丝杠需求正在迅速增长，普通的磨削技术不能满足高效绿色加工。螺纹旋风硬铣削技术可以对硬度62HRC的滚珠丝杠进行硬铣削，免去热处理和磨削工序，满足精密高效加工，是目前精密螺纹高效制造发展起来的新工艺、新方法。旋风铣削切削力小，零件变形少，加工后的零件具有较高的精度和表面质量。加工后的切屑带走绝大部分热量，工件温升低，热变形小，不用切削液实现干切削，使这一新工艺迈入高速绿色制造领域。

对于长规格滚珠丝杠装夹时工件中间下垂会影响工件的加工精度，铣削加工时工件的振动也会影响加工精度和刀具的使用寿命。采用工件外圆定位的自适应夹持装置，进行自动定位、自动夹紧，可自动适应外圆误差变化，提高加工精度。由于自动夹紧要求系统控制为恒定力矩控制，一般伺服电动机控制为位置控制，不能满足这一要求，西门子系统固定点停止功能为力矩控制，正好可以控制夹持装置的自动定位、夹紧，具体方法如下。

1. 旋风铣床基本结构及工作原理

H J092×80为我公司生产的8m数控旋风铣床，使用西门子840D SL系统，此系统可靠性高，开放性好，用户可根据自己的要求进行二次开发。系统控制10个数控轴，轴基本位置及工作原理如图1所示。

图1

如图1所示，X为铣头横进给运动；Z为铣头纵向运动；C为头架旋转运动；U1、U2为左、右跟刀架松开夹紧运动；V1、V2、V3、V4分别为4个中心架垂直升降运动；SP为铣头旋转运动。机床的螺纹铣削运动是由头架旋转和旋风铣头的纵向移动、联动来实现。在铣削过程中，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。旋风铣头纵向运动配置高精度光

栅尺，头架旋转配置高精度角度编码器，实现全闭环位置反馈，用来进一步提高工件的加工精度。

左右跟刀架应用西门子系统带力矩控制的固定点停止功能控制工件的夹紧和松开，实现力矩控制的要求。4个中心架通过上、下移动V形支撑块实现托起、释放工件的动作。在工件铣削过程中，在Z、C联动的同时，根据拖板在不同的位置，需要中心架向上移动实现支撑工件和向下移动让过拖板的运动。所以需要系统设置两个通道，分别控制工件铣削、工件夹持及工件支撑运动。

2. 机床轴及双通道的设置

X、Z、C、SP轴分配在通道1，U1、U2、V1、V2、V3、V4分配在通道2，X、Z、U1、U2、V1、V2、V3、V4在机床数据中设为直线轴，X、Z设为几何轴，C设为旋转轴，SP设为主轴。该机床设为双通道，目的是可以同时运行铣削程序、工件夹持和支撑程序，对系统参数设置如下。

通用参数设定：

10000 AXCONF_MACHAX_ NAME_TAB[0；1；2；3；4；5；6；7；8；9]:X1；Z1；C1；U1；U2；V1；V2；V3；V4；SP1 （机床轴名称）

10010 ASSIGN_CHAN_TO_ MODE_GROUP [0]: 1（有效通道）

10010 ASSIGN_CHAN_TO_ MODE_GROUP [1]: 1 （有效通道）

19200 ON_NUM_CHANNELS: 2（选项数据，订货时选此功能才能激活）

（2）通道CH1参数设定：

20050 A X C O N F_G E O A X_ ASSIGN_TAB[0；1；2]: 1；2；0（定义几何轴）

20060 AXCONF_GEOAX_NAME_ TAB[0；1]: X；Z（几何轴名称）

20070 AXCONF_MACHAX_ USED[0；1；2；3]: 1；2；3；10（通道显示轴号）

20080 AXCONF_CHANAX_ NAME_TAB[0；1；2；3]: X；Z；C；SP （通道轴名称）

（3）通道CH2参数设定：

20050 A X C O N F_G E O A X_ ASSIGN_TAB[0；1；2]: 0；0；0（定义几何轴）

20070 AXCONF_MACHAX_ USED[0；1；2；3；4；5]: 4；5；6；7；8；9 （通道显示轴号）

20080 AXCONF_CHANAX_ NAME_TAB[0；1；2；3；4；5]: U1；U2；V1；V2；V3；V4 （通道轴名称）

3.自适应夹持系统夹紧力控制方法

旋风铣削机床以丝杠外圆定位，采用先进的夹持定位技术，旋铣区域采用自动测力卡爪夹持并与旋铣刀盘同步移动，确保工件的夹紧力和定位精度，有利于控制丝杠的加工精度。

（1）系统参数设置。

19310 ON_AXIS_FUNCTION_ MASK: 2H（选项数据，订货时选此功能才能激活）

37000 FIXED_STOP_MODE: 1H（运行到定点停模式，设置U1、U2参数）

37020 FIXED_STOP_WINDOW_ DEF: 2（监控窗口，设置U1、U2参数）

3 7 0 3 0 F I X E D _ S T O P _ THRESHOLD: 5（检测阈值，设置U1、U2参数）

（2）夹紧力调整。通过调整夹持装置电动机输出力矩的百分比来调整工件的夹紧力。其中夹紧参数和中心架参数OEM界面如图 2所示。

（3）夹紧工件程序。以左跟刀架夹持系统的夹紧程序如下：

R2=R1/SQRT(2)+R12

G90 G53 G00 U1=R2+1

G01 U1=R2-3 F500 FXS[U1]=1 FXST[U1]=R10

M30

其中R2为夹紧位置的坐标，根据工件外圆直径自动计算，R10为夹紧力矩的百分比。

松开工件程序。

FXS[U1]=0

G91 G53 G01 U1=1 F1000

G00 G90 U1=0

M30

右跟刀架夹持系统与左跟刀架相似，通过调整夹紧参数R10，控制U1、U2轴电动机输出力矩，来调整工件的夹紧力。

4. 结语

图2

采用以上功能满足了HJ092×80数控旋风铣床加工的要求。双通道的采用，实现了工件铣削、工件夹持和支撑同时进行，带力矩控制的固定点停止功能解决了用伺服电动机带动实现夹紧和松开工件的目的。外圆定位自适应夹持系统，在结构上改变了传统中心孔定位方式，用工

件外圆作为加工定位面，解决工件加工和使用基准一致性问题，提高了加工精度、刀具使用寿命，解决了旋风铣床的关键性问题。机床经过几年的运行，以上功能安全可靠，满足了该机床的设计要求，使用效果良好。

专家点评

该文章取材新颖，也比较贴近实际，较成功的应用了西门子系统带力矩控制的固定点停止功能，使用工件外圆定位的自适应夹持装置解决了对于长规格滚珠丝杠装夹时工件中间下垂，铣削加工时工件的振动等问题，并且对系统参数、通道参数设置进行了详尽的描述，该文章具有较强的推广价值，对读者有较强的指导意义。

收稿日期：（20141012）