完整操控功能的FB260+TDV140数控铣镗床改造

完整操控功能的FB260+TDV140

数控落地铣镗床改造

武汉华中自控技术发展有限公司胡国清

摘要：根据FB260+TDV140数控铣镗床的特点，重点阐述了改造中实现手动加工、B轴定位、滑枕低头补偿、MP3探针、定期提醒、四种速度点动等功能的方法。

FB260+TDV140数控铣镗床原由德国SCHIESS公司与武汉重型机床厂联合制造，机床配置回转工作台TDV140。主要技术参数：机床总高12000mm，床身长度23000mm，滑枕截面620×740mm，镗轴直径Φ260mm，铣轴直径Φ400mm；X轴行程19900mm，Y轴行程6000mm，镗轴行程1700mm，滑枕行程1600mm。回转台TDV140台面规格5000×8000mm，最大承重140t。

该机床原采用SIEMENS 8MC数控系统，直流伺服电机及模拟驱动装置，逻辑控制采用系统内嵌的S5 PLC，具有强大的手动加工、安全连锁和各种辅助功能。因系统机械多项精度超差、主轴静压轴承受损、设备老化、故障频繁，需进行系统机电设备改造，针对该机床特点，准确诊断机床问题所在，量身定制改造方案，设计上结合原机床的操作功能与习惯，操作形式上维持不变以使操作人员易于掌握，以尽快地适应新机床的使用。如何实现安全可靠、功能完善且操控性强的改造，修正原机床不足，结合新系统的强大功能特点使机床重新焕发青春活力，高效率低故障运行是面临的直接问题。

因新旧数控系统的差异和改造后设备结构的变化，要达到这个目的，需采用多种技术手段，下面就其中几个主要方面进行阐述，以供同类型机床改造参考。

1.手动加工等功能按钮

手动加工包括手动攻丝、铣销螺纹、镗孔及面、线等的加工，主轴及进给速度随意设定，并可根据需要选择每分钟进给或每转进给模式。同时也可任意速度主轴、进给的点动与连动功能，使操作更方便灵活。

虽然840D中提供了“手动数据”功能可以实现手动加工，但操作不太直观且功能不完整。根据操作需求，在新的系统中开发以功能按钮结合数显表等实现手动加工的功能，操作上延袭了原8MC系统的方式，使操作人员更易接受和掌握。

设置两只精密电位器、两只4位半数显表连接至模拟量输入输出模块，分别作为主轴和进给的速度给定与显示，通过PLC程序控制显示范围，对于主轴来说，不同的档位对应的速度范围不一样。经过程序的精确计算将运算结果给定到数控系统，使实际运行速度与显示给定的一致。

主操作箱除OP面板、MCP外设置了功能按钮，分布在面板下部、箱体侧板和MCP自定义按键区，其中面板下部区域功能按钮布置如图1。由图可知，左上部分为主轴操作区，具有转速给定／显示、电流显示、换档、点动／连动等功能；右上部分为进给操作区，具有轴选择、速度给定／显示、四种速度点动、每分钟／每转进给切换、点动／连动等功能。二者结合使用，即可实现多种手动加工功能。

左下部分为附件及刀具操作区，并增加了紧急限位By-Pass按钮、滑枕低头补偿显示。中间部分为操作平台、回转台、换刀确认、快停等功能按钮。右下部为综合区，有机床启停、手动、液压站定时启动、删除余程、Dry空运行按钮和按钮锁。

箱体侧板为辅助功能区，有排屑、冷却液、照明、操作箱风扇按钮。MCP自定义区有故障复位、报警消音、过滤网清洗确认、换附件确认、探针复位等按钮。

这些功能按钮结合MMC操作，已涵盖了原机床所有操作功能，并增加了多种人性化、实用功能，使加工操作更方便快捷。

图1 主操作箱操作器件布置图

2.机床安全连锁

该机床结构较复杂、附件较多，机械行程和各轴扭矩较大，液压系统复杂，因此其安全连锁也较多，包括上电硬线连锁、机床启停连锁、轴运动与液压润滑连锁、油温控制连锁、拉刀记忆与连锁、附件连锁、工作台与立柱连锁、防撞锁止、操作平台安全锁、操作功能互锁等。其中上电硬线连锁、操作功能互锁等原存在不足，要保持其严格的安全连锁且去除缺陷，需完全消化原PLC程序，8MC各接口信号及DB块各变量含义，然后重新编写新的PLC 控制程序。

经过系统改造，机床安全连锁完善，其中大多数连锁条件参照原机床定义，并修改完善了诸如防撞锁止、上电连锁、操作平台安全锁及操作功能互锁等安全保护功能。

3．两种方式B轴定位

原机床TDV140旋转4×90°定位是通过涡流计实现的，经改造增加HEIDENHAIN

ROD880C圆光栅实现任意角度定位。现要求这两种定位方式均可使用，面临的问题是怎样实现两种定位方式并存且保证定位精度。

选用611U伺服模块作为B轴驱动控制，增加ANA模拟轴模块连接圆光栅的位置反馈，经过计算通过ANA的模拟量输出实现B轴的数控定位；连接涡流计、涡流变送器及电压调整板，将涡流计的放大信号与ANA的模拟电压信号切换给定到611U即可实现两种方式的并存，切换开关安装在控制柜内。

涡流计定位方式：操作方法与原机床一致，当B轴运行至涡流检测范围内，即切换B 轴给定信号源为涡流计，定位完成后恢复ANA模块的给定。定位准确性可通过涡流变送器的指针判断，根据工件加工的精度要求灵活掌握。涡流计定位只对4×90°有效。

圆光栅定位时，B轴是标准的数控轴，直接通过编程语句来实现任意角度定位。

4．两种方式滑枕硬件低头补偿

滑枕低头量是数控铣镗床的一项重要精度指标，补偿手段多种多样，有机械式补偿（如SKODA W系列镗床）、软件轴交叉补偿、钢丝绳应力补偿、电液比例阀补偿等，其中软件补偿不能满足深孔加工等要求，采用硬件补偿是FB260的特性要求。

增加一套电液比例阀控制装置，通过PLC读取滑枕行程，经计算后输出模拟量控制比例阀输出压力，可实现双向及多点补偿，效果较好。

保留原有的一套钢丝绳应力补偿控制装置，与新的PLC系统连接，对其补偿控制单元和各点电位器重新整定，通过不断的电压比较输出至换向阀控制输出压力，可实现多点补偿。因电位器等电子元件受温度、湿度等外界因素影响，其补偿效果有一定的局限性。

对各种附件分别进行检测和补偿，实现多条曲线自动补偿，从而达到理想的补偿效果。

两种补偿方式可通过安装在控制柜内的“滑枕低头补偿方式”开关切换选择其中一种生效，给降低机床故障时间和设备维护维修带来了便利。

5．MP3探针

原机床带有一套英国雷尼绍MP3探针，一直未用。经过这次改造，需将MP3与840D连接并实现工件测量功能。

MP3探针系统由MP3探针、OMM接收单元、MI4接口单元、电阻板及相应的电缆组成。安装电池、电缆，检查、调整各单元设备设置，测试探针信号发送／接收正常，用西门子840D探针专用电缆6FX8002-4AA41-1**0通过NCU电缆分配盒的9／10接口连接探针信号至NCU，硬件连接完成。此时可通过PLC接口信号DB10.DBX107.0诊断探针的状态。

在MCP上设置一个“探针复位”按钮，并相应设置其编程代码M80，便于操作。

设置机床参数MD18118／18120／18140／18150／18230／18242／18320／19250／28040等，重新分配NCU内存，增大系统用户存储器／变量／缓冲区等配置。编制工件测量探针用全局变量文件并输入到系统并激活，此时可在MMC中显示所有定义的变量。

输入雷尼绍探针专用子程序库文件，并将要使用的子程序装载到NCU内存中，运行L9800对探针系统初始化，设置相应的变量值后即可进行探针的校准了。

其校准程序有L9801／L9802／L9803／L9804，分别用建立探针长度／球体中心偏离值／球体半径／球体矢量半径，校准后的值存放在对应探针的刀具参数和全局变量中。此时可运行测量子程序进行工件测量了。