三菱M70CNC在热处理机床应用的若干技术问题.pdf

2 0 1 0年 5月 第 3 8卷 第 1 0期 机床与液压 MAC HI NE T00L HYDRAUL I CS Ma v 2 01 0 Vo l I 3 8 No ． 1 0 DO I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 0 ． 1 0 ． 0 3 8 三菱 M 7 0 C N C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4 3 0 0 5 6 摘要将三菱 M7 0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M 7 0 C N C；M指令；P L C程序； 多轴独立运行 中图分类号T P 3 0 2 ． 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 M 7 0数控系统，实现 了客户 的诸 多要求 ，作者 介绍 M 7 0数 控 系统调 试 的 技术关 键 。 1 多工位淬火机床配置的 M T O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 M7 0 B； 操作 柜用 I ／ O单 元选 用 D X 7 1 O； 远程 I ／ O单元选用 D X 1 2 0 带一模 拟量输出点 ； 驱 动单元选用 MD S DS V J 3 2 0 2台； 伺服 电机选用 H F 1 5 4 S A 4 8 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 D X 7 1 0 有 6 4个输入点 ，6 4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 D X 1 2 0 带 一 模 拟量输 出点 有 6 4个 输入点 ，4 8个输 出点 ，主 要用于处理机床外围的输入输出信号；D X 1 2 0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。S V J 3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 H F 1 5 4 SA 4 8的编 码器分辨率达到每转 2 6 2 1 4 4脉冲，其定位精度和速 度都有很大 的提高 。 1 0 013 8 8 1 2 0 1 0 J 1 01 0 32 2 M7 0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 1 0 8 6可实现这一功能，其 功能如下C N C系统做快速定位时 G O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 1 0 8 61 ，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 N1 0 G9 0 GO X1 0 0 0． Y5 0 0 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 2 0 0 1 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 P L C 程序如 图 1 所示 。 Y2 AF 数字法设定快进倍率 M oV M l 0 0 0 _ _ 1 卜 M O V D 48 0 倍 率 旋钮 D4 8 0 R1 3 4 快进倍率寄存器 图 1 快进倍率的编制 收稿 日期 2 0 0 91 2 3 1 作者简介付芩 1 9 6 0 一 ，女，研究方向为机械设计。电话1 3 9 7 1 5 5 6 6 1 1 ， Em a i l h f q 0 3 0 5 h a p p y 1 2 6 ． c o rn。 1 0 4 机床与液压 第 3 8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。M 7 0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 2 0 4 9 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 o K ”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 P L C程序不 同。 在普 通 的 P L C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 5 0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 M 2 7 1 --M2 7 9 。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 N1 0 M2 71 M2 72 M2 7 3 M2 7 5； 问题是 ，按照通 常的 P L C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 M 7 0 C N C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 M2 7 1 M2 7 2 M2 7 3 M2 7 5 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 N1 0 X5 0 0 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 R 5 0 4 、R 5 0 6 、R 5 0 8 、 R 5 1 0文件寄存器内。R 5 0 4为第一位置 M指令寄存 器 ，R 5 0 6为第二位置 M指令寄存器 ，P t 5 0 8为第三位 置 M指令寄存器 ， 1 1 5 1 0为第 4位置 M指令寄存器。 在 P L C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 MX XO F F ， 必须要在 P L C程 序 中 用 F I N 的 脉 冲 将 R 5 0 4 、1 1 5 0 6 、1 1 5 0 8 、 R 5 1 0置 0 。如 图 3 示 。 M l M oV M 0V M oV M OV K0 R5 0 4 K0 R5 0 6 K0 R5 0 8 K0 R5 l O 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 P L C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 P L C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 1 1 0页 1 1 0 机床与液压 第 3 8 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 7 3 z向 蚺 7 3 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 z 1 一D1 一d j 3 式 中d 为 弹性 补偿 试验 数 据。球刀 长 度 为 5 0 m m 时为 0 ． 0 1 m m；球刀长度为 1 0 0 m m时为0 ． 0 1 5 m m。 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D l d l 一 ／ 2 R 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 ，2 0 0 2 6 1 31 6 ． 【 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，2 0 0 9 2 5 9 6 2 ． 【 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，2 0 0 9 4 4 45 上接第 1 0 4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 D I O 0 ，D 1 1 0 ， D 1 2 0内； 将所有 M指令的结束条件编为一组数字存 放在 D 2 0 0 ，D 2 1 0 ，D 2 2 0内 ；当 D 1 0 0D 2 0 0 ，D 1 1 0 D 2 1 0 ，D 1 2 0 D 2 2 0时，即为 M指令的完成条件。 相应的 P L C程序如 图 4 。 墨 壁 M O V M8 0 0 0 D 2 0 0 - - 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 K4 M2 7 1 D1 0 0 K4 X0 1 0 D2 0 0 D1 0 0 D2 0 0 H DI 1 0 D 2 1 - ’ 1 2 0 D2 2 0 卜 _ { P LS M 2 0 0 0 M 2 0 0 0 Y7 0 C-- 。FI N 图4 任意组合的 “ M指令完成条件” 4 结束语 M7 0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 。