三菱M70CNC在热处理机床应用的若干技术问题.pdf

2010年5月 第38卷第10期 机床与液压 MACHINE T00L&HYDRAULICS Mav 2010 VolI 38 No．10 DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2010．10．038 三菱M70CNC在热处理机床应用的若干技术问题 付芩 (江汉大学机电与建筑学院，湖北武汉430056) 摘要：将三菱M70数控系统应用于多工位淬火机床，介绍多轴独立运行的实现方法，绝对值原点设置方法和多个M指 令及其完成条件的处理方法。 关键词：M70CNC；M指令；PLC程序；多轴独立运行 中图分类号：TP302．1 文献标识码：B 文章编号： 某机床制造厂生产的多工位淬火机床工作条件 恶劣，加工工艺复杂，感应器定位精度高，加热、 喷水动作繁多，要求适应不同工件的加工要求，而 且要求实现多台数控机床联网。针对客户淬火机床 的要求，作者为其配用了三菱M70数控系统，实现 了客户的诸多要求，作者介绍M70数控系统调试的 技术关键。 1 多工位淬火机床配置的MTO数控系统及功用 多工位淬火机床要实现对同一工件的两端部淬 火，其主要配置如下： 数控控制器为三菱数控M70B； 操作柜用I／O单元选用DX71O； 远程I／O单元选用DX120(带一模拟量输出点)； 驱动单元选用MDS—D—SVJ3—20(2台)； 伺服电机选用HF154S—A48(2台)。 整套控制系统有两根伺服轴，可分别控制淬火机 床的感应器运动，实现精确定位以对工件指定部位进 行感应加热处理。该系统的操作柜用I／O单元DX710 有64个输入点，64个输出点，主要用于处理与操作 面板相关的输入输出信号。远程I／O单元DX120(带 一模拟量输出点)有64个输入点，48个输出点，主 要用于处理机床外围的输入输出信号；DX120单元还 带有一模拟量输出点，该点输出与主轴速度指令相关 的模拟量电压。该模拟量信号直接与控制主轴旋转的 变频器相连，用于控制主轴的旋转(这样可以减少 一伺服主轴从而降低成本)。 该系统的驱动部分全部采用光纤总线连接，增强 了驱动系统的抗干扰能力。SVJ3驱动器是电阻制动 型(单元自带制动电阻)，其对外部的干扰比“电源 回生制动”要小得多。伺服电机HF154S—A48的编 码器分辨率达到每转262144脉冲，其定位精度和速 度都有很大的提高。 1001—3881(2010 J 10—103—2 2 M70数控系统的调试及开发要点 2．1各轴独立运行的处理 淬火机床由于其工艺特殊性，既可能要求两轴联 动运行，也可能要求两轴同时启动但两轴独立运行， 一些组合机床也有同样的要求。数控系统的高技术性 能在于多轴联动，从而实现复杂空间曲线的加工，而 多轴的同时启动独立运行如何实现呢? 三菱数控系统的参数#1086可实现这一功能，其 功能如下：CNC系统做快速定位时(GO指令)，是 选择多轴联动运行，还是选择各轴独立运行。设定参 数#1086=1，即“选择各轴独立运行”；要实现“各 轴独立运行”必须编制相应的加工程序。典型的加 工程序如下： N10 G90 GO X1000． Y500 这一段加工程序指定了各轴以快进速度运动到指 定位置。各轴的快进速度没有在程序中表示出来，必 须用参数#2001设定。各轴的快进速度可以单独设 定，这样就适应了工艺的多样性。 在实际使用时，可用操纵面板上的速度倍率调节 旋钮调节快进速度。快进速度快进倍率调节的PLC 程序如图1所示。 Y2AF 数字法设定快进倍率 MoV Ml000 __1卜———— MOV D480 倍率旋钮 D480 R134 快进倍率寄存器 图1快进倍率的编制 收稿日期：2009—12—31 作者简介：付芩(1960一)，女，研究方向为机械设计。电话：13971556611，E—mail：hfq0305happy@126．corn。 ·104· 机床与液压 第38卷 2．2绝对值原点的设置方法 淬火机床工作条件恶劣，长时间在高温、喷水等 环境下工作，客户要求尽量减少故障点，所以减少原 点开关、采用绝对值检测系统是必要的。M70数控系 统建立绝对值检测系统的方法如下(先将减速比、 螺距参数设定完毕)： (1)将伺服轴在全行程范围内行走数遍； (2)将伺服轴移动至预定原点位置； (3)设定#2049=2，系统断电、上电； (4)进入[维护]一[绝对值设定]界面； (5)设定加=1，#1=1，鼻2=0； (6)在手轮模式下摇动手轮驱动伺服轴，直至 画面上出现“结束(oK)”提示； (7)断电，上电。 必须注意：凡是驱动器电池更换，编码器电缆脱 落，或减速比参数、螺距参数变更，都必须重新设置 绝对值原点。 3多M指令的处理技巧 淬火机床的一个显著的工作特点是有大量的 外围动作，如加热、喷水、旋转、辅助轴的前进、 后退等，这些动作的实现与通用的PLC程序不同。 在普通的PLC程序编制时，既可以用一般的梯形 图逻辑，也可以使用“步进指令”方法，但是， 其程序只能对应固定的一种加工工艺。在数控系 统中，通过使用M指令，在加工程序中可以实现 加工工序的任意组合。这也是很多专用淬火机床 要求使用数控系统的原因之一。该淬火机床使用 的M指令多达50个，而且要求可同时任意发出4 个M指令。以感应器运动为例：数控淬火机床上 感应器最多可达到9个，工艺上可能要求任意4个同 时上升或下降。在加工程序中每一个感应器上升对应 一M指令，下降对应一M指令。每一个感应器上升 到位，下降到位都有接近开关检测，用接近开关的信 号作为各M指令的完成条件。 在加工程序中，1．．9号感应器的下降指令分别 对应M271--M279。如果工艺要求1#、2#、3#、5稃同 时下降，则加工程序中的指令为 N10 M271 M272 M273 M275； 问题是，按照通常的PLC程序对M指令的处理，出 现了一个严重的情况：即其中任意一个M指令执行 完毕后，加工程序就跳到下一行，此时其他M指令 规定的动作尚未完成，严重时会导致机械损坏。关键 是这4个M指令是任意组合的，如何处理其完成条 件信号呢? 在三菱M70CNC中，其对M指令的处理有下列 特性： (1)可以在一行内写4个指令，如果一行内写4 个指令 M271 M272 M273 M275 当有任一M指令的完成条件发出时，不管其他 M指令是否执行完成，都跳转到下一行。 (2)当M指令和运动指令写在一行时，如 N10 X500 M3 当运动完成而M功能未完成，不跳转到下一行； 当M指令先完成，而运动后完成时，运动到位立即 跳转。 (3)M指令的值存放在R504、R506、R508、 R510文件寄存器内。R504为第一位置M指令寄存 器，R506为第二位置M指令寄存器，Pt508为第三位 置M指令寄存器，11510为第4位置M指令寄存器。 在PLC程序中，取出各个位置的M指令程序如图2 示。 图2取出各个位置的M指令 除非有新的M指令出现，否则各文件寄存器一 直保持原来的值。如果要使MXX=OFF，必须要在 PLC程序中用FIN的脉冲将R504、11506、11508、 R510置0。如图3示。 Ml MoV M0V MoV MOV K0 R504 K0 R506 K0 R508 K0 R5lO 图3对M指令寄存器置0 由于工艺要求是任意4个感应器下降，而且必 须保证全部感应器确实下降到位后才能进行下_-一步工 序，所以必须对M指令的“完成条件”进行处理， 现在的问题是： (1)每一程序行内可能同时发出4个M指令， 指令是任意组合，排列顺序也是任意的； (2)每一M指令有其单独对应的“完成条件”， 而工作指令是任意发出，任意组合的“完成条件” 如何对应其“任意性”呢? 解决问题的途径是： (1)必须在PLC程序里有一软元件表示由工 艺条件决定的任意排列组合的“M指令发出的状 态”。 (2)必须在PLC程序里有一软元件表示所发出 的一组“M指令执行完毕”的状态。 (下转第110页) ·110· 机床与液压 第38卷 题。 由图2可知， 关系如下 之间的材料，进行去刀锋处理，这样残留高度h将减 残留高度h和刀间距b之间的几何 小一半，效果显著。 R =h +( ) Z 可得残留高度h的计算公式 厂————1—一 ^=√ 一(詈) (2) V 二 由式(2)可知，当知道刀具半径 和刀间距b 后，可以计算出相应曲面的残留材料高度。 3残留高度解决方案 为解决材料残留高度的问题，需采用正确的对刀 方法并去除相应残留材料，并在高度方向补偿相应的 经验数值即可满足精度要求。 3．1 球73 z向蚺73 转动中的球头刀切削刃口是一半球面，落在平面 上为一圆孔点，无法使用通用“试切法”。为保证z 向数据正确，作者使用“滚刀法”。 “滚刀法”需要使用标准芯棒。用线切割机床将 柄部较长高速钢立铣刀刀柄割掉做芯棒。值得注意的 是，芯棒的实际直径通常比标注直径要小，需要进行 测量，设定测量值为D 。 将装有球刀的主轴在手动方式下靠近工件表面， 更改为手脉模式。左手将芯棒放至球刀下方并用手压 住，做往返滚动。同时右手控制手脉，以最慢的速度 缓慢下降，直至左手控制的芯棒恰好可以带轻微的摩 擦滚过，过程中主轴不能转动。记录此时机床坐标系 中的z向坐标z。。 设定工件坐标系z方向的点O在机床坐标系中 的坐标为 ，则有 =z1一D1一dj (3) 式中：d 为弹性补偿试验数据。球刀长度为50 mm 时为0．01 mm；球刀长度为100 mm时为0．015 mm。 3．2残留材料的去除 由式(2)可知，残留材料的高度与刀间距b有 密切关系。刀间距b取值越小，得到的曲面精度越 高，残留材料高度越小，但占机加工时间会成倍增 长，效率亦成倍降低。刀间距b取值越大，残留材料 高度越大，精度及表面粗糙度无法达到相应要求。因 此，刀间距b应力求做到恰到好处。可以考虑用下列 公式来近似计算b值 b：2 (4) 式中： 为球头刀的半径，h为工件允许的沟纹残留 高度。 为了更进一步地控制残留高度，可在两刀间距中 间加密行切一次，即用软件控制刀尖切削上次两刀尖 由上面的论述可知，用球头刀进行曲面加工，若 要在高度方向上完全达到所需要的精度，并满足相应 粗糙度的要求，需按下列公式进行z向点0的设置。 D。 一 整理得： 0= 1一Dl—dl一~／2R (5) 4结语 某校实习工厂在加工曲面类零件的时候，频繁出 现返工的现象，主要原因就是曲面高度方向尺寸难以 合格。经多方求证，仍然无法解决。 笔者经过大量的实验，分析研究曲面高度残留问 题，最终推导出控制曲面高度精度的计算公式(5)。 此公式在该校实习工厂推广后，基本曲面加工均可一 次完成，无须进行磨削加工即可达精度要求，其成功 率高，效果显著。 参考文献： 【1】吕彦明．球头刀高速铣削残留高度研究[J]．模具技 术，2002(6)：13—16． 【2】张导成，潘建新，周小红．用球头铣刀加工模具曲面时 刀具路径的优化[J]．模具技术，2009(2)：59—62． 【3】叶立清，黎川林．数控铣加工中曲面粗糙度影响因素 的研究与应用[J]．机电工程技术，20(0(9)：44 45 (上接第104页) (3)当“M指令的发出状态”=“M指令的执 行完毕状态”，以此条件作为“总的M指令执行完毕 信号”。 按照以上的程序设计方案，将所有M指令的发出 状态编为一组数字存放在数字寄存器DIO0，D110， D120内；将所有M指令的结束条件编为一组数字存 放在D200，D210，D220内；当D100=D200，D110 =D210，D120=D220时，即为M指令的完成条件。 相应的PLC程序如图4。 ：： 墨 壁 MOV M8000 D200--全部M指令的执行完毕状态 M指令发出状态=相应的执行完毕状态 —{ ——————————————— M0V K4M271 D100 K4X010 D200 =D100 D200 H DI10 D21~- ’120 D220卜——_{PLS M2000 M2000 Y70C·--。FIN 图4任意组合的“M指令完成条件” 4结束语 M70数控系统在多工位淬火机床上使用一年，各 项功能稳定可靠，受到用户好评。