基于西门子840D sl系统的车-车拉机床加工程序设计.pdf
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1、现 代 制 造 技 术 与 装 备962023 年第 9 期总第 322 期基于西门子 840D sl 系统的车-车拉机床 加工程序设计周 洋1,2 刘雪梅1(1.同济大学 机械与能源工程学院,上海 201804;2.上汽通用东岳动力总成有限公司,烟台 264000)摘 要:NILES 车-车拉机床基于西门子 840D sl 系统执行加工程序,加工车用发动机曲轴工件。根据曲轴工艺分析及机床的功能特点,研究加工程序在 NILES 车-车拉机床上的应用,探索加工程序设计的新方法,攻克数控程序与刀具管理、尺寸补偿界面数据交互的技术难点,实现机床由加工球磨铸铁曲轴转变为加工锻钢曲轴的目标。关键词:加工
2、程序;车-车拉机床;刀具管理;尺寸补偿界面The Machining Program Design of Lathe to Lathe Based on Siemens 840D sl SystemZHOU Yang1,2,LIU Xuemei1(1.School of Mechanical and Energy Engineering,Tongji University,Shanghai 201804;2.Saic General Dongyue Powertrain Co.,Ltd.,Yantai 264000)Abstract:The NILES lathe is based on th
3、e Siemens 840D sl system to perform machining procedures for machining crankshaft workpieces for automotive engines.According to the crankshaft process analysis and the functional characteristics of the machine tool,the research and application of the machining program on the NILES cart-pull machine
4、 tool was analyzed,the new method of machining program design was explored,and the technical difficulties of the data interaction between the computer number control program and the tool management and the dimension compensation interface were overcome,so as to realize the goal of transforming the m
5、achine tool from the processing of ball grinding cast iron crankshaft to the processing of forged steel crankshaft.Keywords:processing program;car-pulling machine;tool management;size compensation interface随着对车用发动机性能、质量要求的不断提高,发动机曲轴作为关键零件之一,其材质由球墨铸铁升级为锻钢。与球墨铸铁曲轴相比,锻钢曲轴具有良好的强度、韧性和耐磨性,但锻钢曲轴机械加工性能较差,加工
6、工艺复杂,对加工程序要求较高。现有 NILES车-车拉机床加工球墨铸铁曲轴的程序执行逻辑单一,无双通道加工程序执行模式,刀具管理系统不完善,加工尺寸不易调整,无法满足锻钢曲轴的工艺要求。因此,对搭载西门子 840D sl 系统的 NILES 车-车拉机床加工程序进行研究设计,实现加工锻钢曲轴的技术要求。西门子 840D sl 系统多通道控制功能可同时选择10 个通道运行,控制的进给轴、主轴多达 31 个。每个通道对应数控系统的一个插补器,多个通道可以同时控制执行多个插补器进行插补运算,实现多个加工程序相互独立执行,为 NILES 车-车拉机床双通道加工程序设计提供有力支撑。文章为实现 NILE
7、S车-车拉机床两个主轴同时加工锻钢曲轴,设计双通道加工程序的关键部分和功能,对于锻钢曲轴质量、机床稳定运行具有重要意义。1 曲轴加工工艺分析车-车拉即车削加工和车拉加工的组合加工工艺,其中车拉为车削与拉削结合的加工工艺1。根据锻钢曲轴加工工艺要求,NILSE 车-车拉机床加工曲轴的位置在主轴颈处,如图 1 所示。为满足曲轴加工质量和节拍要求,结合机床夹具、中心夹紧装置执行顺序,应用西门子 840D sl 系统双通道功能,对曲轴加工工艺进行双通道工步设计。54321图 1 锻钢曲轴加工位置2 构建双通道加工程序双通道加工程序包括双通道加工切削程序框架和辅助功能程序。通过机床参数设置多通道功能,将
8、NILES 车-车拉机床第一、第二车削主轴分配到第一、第二通道中,实现进给轴带动左、右刀盘执行运动控制。为完善机床双通道功能,每个通道加工程序可独立执行,在可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)程序 OB1 中编写双通道程序块 FC121、FC122,如图 2 所示。97工 艺 与 装 备2.1构建双通道加工切削程序框架双通道加工切削程序控制轴的运动、尾架的动作、中心夹紧装置的位置、切削参数和辅助功能。NILES车-车拉机床轴类型有 4 种,分别为主轴、进给轴、中心夹紧装置移动轴和刀盘旋转轴,其中主轴为第一车削主轴、第二车削主轴,进给轴为X轴、Z
9、轴、U轴、W轴,中心夹紧装置移动轴为EL1轴,刀盘旋转轴控制刀盘更换刀具。在机床实际切削过程中,尾架的动作与中心夹紧装置夹紧的位置相互配合,保障工件切削过程的稳定性。依据图 3 的工步流程和西门子 840D sl 系统数控加工程序的编写规则,定义第一主轴与尾架,取消所有轴的零点偏移值,确定X、Z、U、W轴的机械原点,设定夹具夹紧子程序、工件坐标系原点和中心夹紧装置的初始位置。基于 NILES 车-车拉机床刀库类型为双刀盘(左、右刀盘)结构,设计双通道加工切削程序实现基础双通道加工切削功能,其中X、Z轴驱动左刀盘,U、W轴驱动右刀盘,EL1轴驱动中心夹紧装置。双通道加工切削程序框架如图 4 所示
10、。2.2设置辅助功能程序西门子 840D sl 系统辅助功能通过在加工程序中调用 M 代码实现。为简化机床外部开关,在加工切削程序框架基础上编制辅助功能 M 代码开启或停止辅助功能,即可实现开、关刀具监控系统,实时监控切削过程。开启防错功能,判断机床的运行状态。设置节拍时间,实现加工程序与人机接口(Human Machine Interface,HMI)交互可视化。夹紧工件 刀盘同时加工 左刀盘粗加工主轴颈5右平衡块侧面 右刀盘加工主轴颈1 直径、左平衡块侧面和轴肩 尾架卡爪、中心夹紧装置夹紧 左刀盘精加工主轴颈5右平衡块侧面、轴肩、法兰右刀盘加工主轴颈 2 左、右平衡块侧面和轴肩 左刀盘粗加
11、工主轴颈 2 右刀盘粗加工主轴颈 5 直径 中心夹紧装置移到主轴颈 2 左刀盘加工主轴颈 4 左、右平衡块侧面和轴肩 右刀盘加工主轴颈 3 左、右平衡块侧面和轴肩 左刀盘精加工主轴颈 2右刀盘精加工主轴颈 5 刀盘退出,夹具、中心夹紧装置松开 图 3 工步流程图 2 PLC 程序功能现 代 制 造 技 术 与 装 备982023 年第 9 期总第 322 期设定加工程序与刀具管理信息交互,实现信息实时更新2。与球磨铸铁曲轴加工程序相比,锻钢曲轴双通道加工程序逻辑、辅助功能完善,能够实现机床两个刀盘同时加工且相互独立,解决了锻钢曲轴加工时长问题。3刀具管理系统设计刀具信息是加工程序的一部分。良好
12、的刀具管理系统可以简化加工程序的执行逻辑,提高管理效率。刀具管理系统由刀库、刀具信息数据、刀具信息数据写入程序 3 部分组成。3.1建立刀盘式刀库球磨铸铁曲轴加工程序仅调用西门子 840D sl 系统预置的刀具管理基本功能,并不适用于双通道加工程序,需要激活刀具管理高级功能。刀库信息(刀库类型、刀库状态等)由刀库管理系统通过变量来定义,通常编写以下系统参数,其中n为刀库号。$TC_MAP1n:刀库类型(1 为链式刀库,3 为刀盘式刀库)$TC_MAP2n:刀库名称$TC_MAP3n:刀库状态$TC_MAP7n:刀库刀位数$TC_MAP9n:刀具磨损组号3.2定义刀具信息数据刀具信息数据是指刀具
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