基于840D數(shù)控系統(tǒng)的鋼軌鋸鉆機(jī)床定尺的應(yīng)用與優(yōu)化

引言

邯鋼大型軋鋼廠使用林辛格數(shù)控鋸鉆機(jī)床,用于鋼軌的鉆孔、倒棱、定尺鋸切。將機(jī)床執(zhí)行動作、鋼軌規(guī)格、加工參數(shù)輸入到數(shù)控系統(tǒng),數(shù)控系統(tǒng)通過對應(yīng)的動作命令,控制機(jī)床的刀具,定尺鋸切出所需長度的鋼軌。因此,鋸鉆機(jī)床是一種具有數(shù)控系統(tǒng)的自動化機(jī)床,它是典型的機(jī)電一體化設(shè)備。

1鋼軌鋸鉆機(jī)床使用過程中存在的問題

(1)在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)鋸鉆機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)對設(shè)備磨損十分敏感,而設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性影響各種定位動作,影響設(shè)備精度。

(2)鋸鉆機(jī)床各執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作過程中,受工況影響大,某一個動作執(zhí)行不到位,會影響下步工序執(zhí)行,造成事故頻繁。

鑒于此,有必要對設(shè)備進(jìn)行深入研究,制定相應(yīng)的工藝技術(shù)路線圖,通過基礎(chǔ)改造及系統(tǒng)優(yōu)化,最終實現(xiàn)設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行,保證設(shè)備功能精度。

2840D數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用分析及優(yōu)化方法

2.1實現(xiàn)對鋼軌加工的精確定位控制,保證產(chǎn)品質(zhì)量

數(shù)控系統(tǒng)對機(jī)床的位置精度進(jìn)行檢驗、控制,從而保證機(jī)床的加工性能,而第一套測量系統(tǒng)中的夾送銀編碼器,第二套測量系統(tǒng)中的測量輪編碼器及定位光柵等都會影響位置精度的檢測。測量得到的位置偏差可以通過機(jī)床數(shù)控參數(shù)的誤差補(bǔ)償系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整,最終保證鋸鉆機(jī)床的位置精度。有時室外溫度對鋼軌造成的溫差、壓縮空氣氣壓等外部條件也會對位置精度產(chǎn)生影響。

(1)使用高動態(tài)響應(yīng)的多軸聯(lián)動控制及數(shù)控參數(shù)調(diào)整。

SINUMER1K840D是由PLC、NCU、MMC模塊組成的,其中驅(qū)動系統(tǒng)和數(shù)控系統(tǒng)集成在一起,通過設(shè)備總線連接,NCU單元還集成了840D數(shù)控CPU、PLCCPU,并帶MPI或PROfibuS接口、RS232接口,PCMC1A卡插槽等。

鋸鉆機(jī)床驅(qū)動系統(tǒng)共七組模塊,通過MPI總線接口與NCU相連,包括驅(qū)動模塊和電源模塊,依次控制一個鋸片SAW、兩對鉆頭(DRI、DRO)的位置及進(jìn)給方向電機(jī)(FSA、FDI、FDO)及兩個鋼軌定尺進(jìn)給電機(jī)(PRI、PRO)。同時將工藝軟件集成到系統(tǒng)中,其自動化控制滲透到每個加工環(huán)節(jié)。

鋸鉆機(jī)床定位系統(tǒng)為閉環(huán)控制,通過電機(jī)的編碼器作為位置定位元件,將位置數(shù)據(jù)發(fā)送至驅(qū)動模塊,完成對鋼軌長度定尺的定位控制。鉆機(jī)鉆孔時為實現(xiàn)入、出口鉆頭深度的位置調(diào)節(jié),將電機(jī)位置編碼器及鉆桿調(diào)整桿上的兩個接近開關(guān)作為鉆軸的參考位置及保護(hù)位置。鋸鉆工藝參數(shù)輸入后,通過各鉆軸的編碼器定位標(biāo)零。當(dāng)出現(xiàn)位置偏差時,在工藝參數(shù)軟件內(nèi)設(shè)置誤差補(bǔ)償,根據(jù)實際情況通過調(diào)整補(bǔ)償值將偏差糾正過來,并通過內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,實現(xiàn)多種工況的匹配,保證設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行,提高鋼軌加工速度和精度。

在機(jī)床調(diào)試中經(jīng)常需要調(diào)整的參數(shù)主要有:36210(最大速度設(shè)定值)、36220(速度設(shè)定監(jiān)控的延遲時間)、36400(輪廓監(jiān)控公差范圍)、36200(軸速度極限)。

(2)機(jī)械磨損造成的位置精度偏差,也可通過定尺長度軟件進(jìn)行調(diào)整,從而補(bǔ)償機(jī)床的位置精度。同時鋼軌溫差等外部條件發(fā)生改變,也能對精度產(chǎn)生影響,通過數(shù)據(jù)補(bǔ)償避免溫差對尺寸等影響,如圖1所示。

2.2確保極低的故障率,提高鋼軌生產(chǎn)效率

(1)根據(jù)機(jī)床的各種動作執(zhí)行結(jié)構(gòu)及檢測系統(tǒng)使用中暴露的問題,如鋸屑堆積卡阻,執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作行程不足造成檢測位置報警等,進(jìn)行位置改造,杜絕卡阻:進(jìn)行行程優(yōu)化改造,避免檢測報警:增加氣刀,調(diào)整氣路角度,減少鋸屑堆積,降低故障率。

(2)鋸鉆機(jī)床機(jī)械磨損,如夾送銀、壓下銀磨損,測量輪穩(wěn)定性差引起的測量偏差、定位校正光柵故障等均對鋼軌長度定尺精度有著直接影響。經(jīng)過工藝分析,加上現(xiàn)場設(shè)備的實際狀態(tài)反饋,通過解決以下問題來最終保證鋸鉆機(jī)床的運(yùn)行穩(wěn)定性,降低事故率:

1)送鋼銀道速度與夾送銀速度的匹配:

2)夾送銀磨損后輪廓公差補(bǔ)償:

3)定位校正光柵位置及響應(yīng)精度:

4)夾送銀速度檢測、測量輪定位精度及校正光柵之間的配合:

5)調(diào)整銀道線水平度、對中夾緊,降低鋼軌平直度影響,杜絕鋸切時鋼軌應(yīng)力無法釋放,夾持鋸片:

6)鋼軌在夾送銀中打滑造成編碼器丟轉(zhuǎn)引起的定尺不準(zhǔn):

7)水平夾緊、水平離位、垂直夾緊、夾送銀動作檢測結(jié)構(gòu)安裝位置改造,便于日常點檢維護(hù),避免鋸屑對執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作的影響。

經(jīng)過上述優(yōu)化改造,設(shè)備能夠穩(wěn)定運(yùn)行,沒再出現(xiàn)過定尺不準(zhǔn)的問題,且機(jī)械磨損引起的測量誤差也通過定期參數(shù)調(diào)整得到了保證,同時夾送銀、壓下銀、測量輪磨損下降了3/5,延長了相應(yīng)結(jié)構(gòu)的機(jī)械壽命,提高生產(chǎn)效率55%,降低事故率50%,將事故時間由30min/萬t降低到15min/萬t,保證了精確定位控制,實現(xiàn)鋼軌定尺誤差25m在±6mm,100m在±30mm,保證了產(chǎn)品質(zhì)量。操作畫面遠(yuǎn)程監(jiān)控后,處理事故效率提高,能夠?qū)崟r監(jiān)控所用機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)。

3結(jié)語

西門子840D數(shù)控系統(tǒng)因其功能強(qiáng)大、維護(hù)方便、程序設(shè)計簡單等特點,在各行各業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。數(shù)控鋸鉆機(jī)床是現(xiàn)在國內(nèi)鋼軌生產(chǎn)企業(yè)如攀鋼、包鋼等的鋼軌生產(chǎn)通用設(shè)備,本文對林辛格聯(lián)合鋸鉆機(jī)床進(jìn)行的研究,可直接推廣,具有通用性,還可解決大量其他車床的類似問題。