基于840D的曲轴内铣数控系统设计及应用毕设演示

基于840D的曲轴内铣数控系统设计及应用,电气工程系自动化专业XXXX指导教师：XX,课题来源,FKP20系奥地利GFM公司生产的最具代表性的曲轴固定式内铣机床，曲轴一次装卡可以完成主轴颈或连杆颈的初加工。东风康明斯发动机有限公司拥有2台FKP20曲轴内铣机床,1台用于主轴颈加工,1台用于连杆颈加工,曲轴经内铣加工后即进入磨床磨削工序。此2台机床经10余年的使用后,系统不同程度地出现老化、控制系统故障增多等问题。本课题将针对FKP20曲轴内铣数控改造的需要，选用西门子840D数控系统构建新型曲轴内铣控制系统。,课题内容,控制方案设计及硬件连接双通道控制功能的系统组态带距离编码光栅尺的应用设计PLC程序设计,曲轴与加工刀具,FKP20曲轴固定式内铣机床结构图,机床有2个卡盘。1个是固定卡盘,另1个是移动卡盘。移动卡盘的设置使该机床可以加工不同长度的曲轴。机床有2个刀盘(刀盘1和刀盘2)。加工时,2个刀盘同步切入,同步结束。机床还配有1个中心架。中心架的纵向移动靠与门架1藕合,借助Z1坐标轴而移动。机床共有6个坐标轴。Z1和Z2分别用于门架1和门架2的纵向移动,实现轴向定位。X1、Y1和X2、Y2分别用于刀盘1和刀盘2的铣削进给。,西门子840D系统介绍,硬件配置图,X1/Y1和X2/Y2轴传动系均配有6/29减速比的蜗轮蜗杆，电机选用50NM/3000rpm电机，其中Y1/Y2轴电机带内置抱闸。Z1/Z2伺服电机采用直联，无减速比，电机为50NM/2000rpm,具体配置,1）操作显示单元：OP010C。2）PCU：566MHz，256MRAM。3）操作面板：MCP483C。4）NCU：400MHz，内置PLC314-2C-DP。5）输入模块：32点输入模块（6ES7321-1BL00-0AA0）8块。6）输出模块：32点输出模块（6ES7322-1BL00-0AA0）6块。7）X/Y伺服电机：50NM，3000rpm伺服电机4台。型号为1FT61058AF711AH1。8）Z伺服电机：50NM，2000rpm伺服电机2台。型号为1FT61058AC711AH1。9）电源模块：55KW。型号为6SN11451BA010DA1。10）功率模块：56A模块4个，型号为6SN11231AA000EA1。28A模块2个，型号为6SN11231AA000DA1。11）控制模块：6个，均为双轴模块，型号为6SN11180DM330AA1。12）手持操作单元B-MPI：6FX20071AC04。13）手持单元分配盒：6FX20061BC01。,双通道参数设置,N19100$ON_NUM_AXES_N_SYSTEM=6；系统中总的轴数N19200$ON_NUM_CHANNELS=2；系统中的通道数N10000$MN_AXCONF_MACHAX_NAME_TAB0=“X1”；系统中的轴名称N10000$MN_AXCONF_MACHAX_NAME_TAB1=“Y1”；N10000$MN_AXCONF_MACHAX_NAME_TAB2=“Z1”；N10000$MN_AXCONF_MACHAX_NAME_TAB3=“X2”；N10000$MN_AXCONF_MACHAX_NAME_TAB4=“Y2”；N10000$MN_AXCONF_MACHAX_NAME_TAB5=“Z2”；,N10010$MN_ASSIGN_CHAN_TO_MODE_GROUP0=1；为通道1指定方式组N10010$MN_ASSIGN_CHAN_TO_MODE_GROUP1=1；为通道2指定方式组通道1机床数据的设定：N20050$MC_AXCONF_GEOAX_ASSIGN_TAB0=1；通道1中几何轴号N20050$MC_AXCONF_GEOAX_ASSIGN_TAB1=2；N20050$MC_AXCONF_GEOAX_ASSIGN_TAB2=3；N20060$MC_AXCONF_GEOAX_NAME_TAB0=“X1”；通道1中几何轴的名称N20060$MC_AXCONF_GEOAX_NAME_TAB1=“Y1”；N20060$MC_AXCONF_GEOAX_NAME_TAB2=“Z1”；N20070$MC_AXCONF_MACHAX_USED0=1；系统分配通道1的轴号N20070$MC_AXCONF_MACHAX_USED1=2；N20070$MC_AXCONF_MACHAX_USED2=3；N20080$MC_AXCONF_CHANAX_NAME_TAB0=“X1”；通道中轴的名称N20080$MC_AXCONF_CHANAX_NAME_TAB1=“Y1”；N20080$MC_AXCONF_CHANAX_NAME_TAB2=“Z1”；,同步等待指令,CHAN1N110WAITM(1,1,2);等待通道1、2中的第1个标志位N300WAITM(2,1,2);等待通道1、2中的第2个标志位M30,CHAN2N200WAITM(1,1,2);等待通道1、2中的第1个标志位N250WAITM(2,1,2);等待通道1、2中的第2个标志位M30,光栅尺的原理图,例如从A点移动到C点，中间经过B点，系统检测到10.02mm就知道轴现在是在哪一个参考点位置。同样从B点移动到D点，中间经过C点，系统从C点到D点的距离是10.04就知道轴现在是在哪一个参考点位置。所以只要轴任意移动超过两个参考点距离（20mm），就能得到机床的绝对位置,坐标轴回中心程序设计,顺序：Z1正向移动，直至XY1不与固定卡盘发生干涉的区域。解藕并锁紧中心架。X1回零点。Y1回零点。藕合中心架。Z1负向回零。XYZ2回零条件同XYZ1回零相似，它的回零条件有：XYZ1在基本位置、中心架张开、中心架藕合、卡盘无轴闭合、XY2基本位置、移动卡盘锁紧、机床移动允许、非换刀过程等。其回零顺序如下：Z2负向移动，直至XY2不与移动卡盘发生干涉的区域。X2回零点，即X2基本位置。Y2回零点，即Y2基本位置。Z2正向回零。,回零顺序流程,回坐标轴中心时序图,STEP7介绍,在常规功能之外还具备以下的特点:（1）DK3964R/RK512等标准协议已经集成到控制器内，不需要额外驱动。（2）MPI接口（3）集成modem支持:内置modem功能，可进行远程编程、诊断或数据传输。（4）编程不需MPI转换器，直接通过PC上的RS232口。（5）现场总线通讯功能.控制器功能中已集成了ProfibusDPMaster/Slave,ProfibusFMS和LONWorks.（6）利用webserver进行监控.储存HTML网页、图片、PDF文件等到控制器里供通用浏览器查看。（7）扩展操作系统功能如保护技术秘密，防止被非法查看或复制。,PLC程序结构,在S7用户程序中有几种不同类型的块可以使用见表,循环程序处理,循环程序处理是可编程控制器上程序执行的“普通”类型，这意味着操作系统在程序环（循环）中运行，并且在主程序的每一个环中调用一次组织块OB1。OB1中的用户程序因此也被循环执行。,事件驱动的程序处理,循环程序处理可以被某些事件中断。如果一个事件出现，当前正在执行的块在语句边界被中断，并且另一个被分配给特定事件的组织块被调用。一旦该组织块执行结束，循环程序将从断点处继续执行,顺序和嵌套深度,块调用的顺序和嵌套深度即是所谓的调用分层结构。可以嵌套调用的块的数量（嵌套深度）依据特定的CPU而定。,块调用,下图所示是在一个用户程序中块调用的顺序。程序调用第二个块，这个块的指令则完全被执行。一旦第二个块或者说这个被调用的块执行结束，由于执行调用指令而被中断的块的执行，将从块调用指令后面继续。,结论,根据本机床的双通道6坐标轴的特点，提出了利用SINUMERIK840D双通道系统控制方案。设计了总体控制方案及系统硬件配置；对个别出现振荡的轴采用了双位置反馈的控制方案，使其达到控制精度要求，完成了系统的硬件