摘要：文章以臥式加工中心自動(dòng)工作臺(tái)交換(APC)控制為例，介紹了西門子840通道控制技術(shù)的特點(diǎn)。

1 前言

所謂數(shù)控系統(tǒng)的通道(Channel)控制技術(shù)，其實(shí)質(zhì)就是并行處理。它使系統(tǒng)可以同時(shí)處理多個(gè)程序，提高了系統(tǒng)的性能與可靠性，降低了成本。運(yùn)用這一先進(jìn)技術(shù)，可以較好地解決多單元復(fù)合、多軸機(jī)床的控制問題。

西門子公司從810系統(tǒng)起就采用了通道控制技術(shù)，到了840系統(tǒng)，這一技術(shù)更為成熟。它不但增加了通道數(shù)量，而且還引入了“操作方式組(operatingmodegroup)”概念，使6個(gè)通道可在6種不同的操作方式下同時(shí)工作，可以執(zhí)行全部輔助機(jī)能(如：M，S，t，H，D等)，且可以控制主軸。通過840系統(tǒng)特有的“程序與軸協(xié)調(diào)”命令(NC程序指令)，還可以靈活地控制與協(xié)調(diào)各通道、各軸的運(yùn)動(dòng)和控制。

下面以TMA-55OPN6臥式加工中心的自動(dòng)工作臺(tái)交換控制為例，介紹西門子840多通道控制技術(shù)的特點(diǎn)。

2 機(jī)床控制要求

TMA-55OPN6臥式加工中心是我廠從意大利進(jìn)口的全功能臥式加工中心，采用西門子840數(shù)控系統(tǒng)。它帶有6個(gè)臺(tái)位的回轉(zhuǎn)式工作臺(tái)庫，64把刀，能夠進(jìn)行七軸控制。該機(jī)床除普通臥式加工中心所具有的X、Y、Z、B(回轉(zhuǎn)工作臺(tái))、C(主軸位置控制)這五個(gè)基本數(shù)控軸外，為了提高可靠性和效率，簡化液壓與機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，其刀庫的回轉(zhuǎn)和工作臺(tái)庫的回轉(zhuǎn)都采用了數(shù)控軸進(jìn)行控制，其中U軸為工作臺(tái)庫回轉(zhuǎn)軸，V軸為刀庫回轉(zhuǎn)軸。因?yàn)殡S機(jī)刀庫的刀具預(yù)選和工作臺(tái)的輸送都必須在機(jī)床加工時(shí)同時(shí)進(jìn)行，這是多軸聯(lián)動(dòng)功能無法滿足的(因?yàn)槠咻S并不是同時(shí)到位)。為此，TMA公司采用了西門子840通道控制技術(shù)。

TMA-55OPN6的軸與通道分配如表所示。
TMA-55 OPN6軸與通道分配表
軸號(hào)軸名稱通道操作方式組備注
1X11工作臺(tái)左右運(yùn)動(dòng)
2Y11工作臺(tái)上下運(yùn)動(dòng)
3Z11工作臺(tái)縱向運(yùn)動(dòng)
4B11工作臺(tái)回轉(zhuǎn)
5V22刀庫回轉(zhuǎn)
6E33工作臺(tái)庫回轉(zhuǎn)
7C11主軸位置控制

三個(gè)通道由3個(gè)不同的NC加工程序進(jìn)行獨(dú)立控制，同時(shí)運(yùn)行，通道間的協(xié)調(diào)由PLC程序、CNC的R參數(shù)、CL800專用宏程序指令實(shí)現(xiàn)。通道Z和通道3的控制原理基本相同。本文以通道3為例，介紹基本的通道控制方法。

TMA-55OPN6工作臺(tái)交換控制的基本要求如下：

1) 工作臺(tái)庫的布置如圖所示。6個(gè)臺(tái)位互隔60°，組成了360°回轉(zhuǎn)軸E，其中E=0°位置為交換位，E=180°位置為人工裝卸位。考慮到工作臺(tái)的配合精度，工作臺(tái)庫采用固定地址安裝方式，1#位對(duì)應(yīng)E=60°，依次類推。

1.機(jī)床工作臺(tái) 2.交換門 3.工作臺(tái)庫 4.人工裝卸位 5.裝卸門
工作臺(tái)交換裝置示意圖
2) 在機(jī)床正常加工時(shí)，要求將工作臺(tái)庫上已完成加工的工作臺(tái)自動(dòng)轉(zhuǎn)到人工裝卸位進(jìn)行裝卸。在工作臺(tái)庫動(dòng)作開始后，首先是將機(jī)床上的工作臺(tái)取下，裝入原臺(tái)位，然后將所要求的工作臺(tái)裝入機(jī)床。以下兩種情況屬于出錯(cuò)：①與機(jī)床上工作臺(tái)相對(duì)應(yīng)的工作臺(tái)庫臺(tái)位上已裝有工作臺(tái)；②所要求的工作臺(tái)為已加工或未安裝。

3) 當(dāng)工作臺(tái)交換命令發(fā)出后，機(jī)床進(jìn)行工作臺(tái)交換，動(dòng)作順序如下：

①取下工作臺(tái)動(dòng)作：(i)通道1將X、Y、Z、B軸運(yùn)動(dòng)到規(guī)定的坐標(biāo)點(diǎn)上；通道3將機(jī)床上工作臺(tái)對(duì)應(yīng)的安裝位轉(zhuǎn)到交換位。兩個(gè)通道同時(shí)動(dòng)作，五個(gè)坐標(biāo)軸一起運(yùn)動(dòng)。(ii)由電磁閥控制執(zhí)行常規(guī)的交換動(dòng)作。(iii)修改工作臺(tái)狀態(tài)數(shù)據(jù)，將交換位上的工作臺(tái)狀態(tài)置“已加工”，機(jī)床上工作臺(tái)狀態(tài)設(shè)“無工作臺(tái)”，由M56輔助機(jī)能指令通過PLC程序控制實(shí)現(xiàn)。
②裝上新的工作臺(tái)動(dòng)作與取下時(shí)基本相同。

3 控制軟件設(shè)計(jì)

為了能實(shí)現(xiàn)以上動(dòng)作，該機(jī)床利用了840的R參數(shù)來表示各種狀態(tài)。定義如下：

·R800：表示現(xiàn)在安裝在機(jī)床上的工作臺(tái)號(hào)(1～6)，“0”代表機(jī)床上無工作臺(tái)。
·R801～R806：表示1～6號(hào)臺(tái)位上的工作臺(tái)狀態(tài)，“1”代表“未加工”，“2”代表“已加工”，“4”代表該臺(tái)位無工作臺(tái)。
·R902：要求轉(zhuǎn)到交換位的工作臺(tái)號(hào)(1～6)。
·R903：工作臺(tái)庫回轉(zhuǎn)軸(E)狀態(tài)信息，其中：Bit2=1代表E軸已完成回參考點(diǎn)動(dòng)作；Bit2=1代表E軸已完成定位；Bit7=1代表現(xiàn)在交換位上有工作臺(tái)。

工作臺(tái)自動(dòng)交換的輔助動(dòng)作控制由以下M 機(jī)能實(shí)現(xiàn)：

·M53H**：將H代碼寫入?yún)?shù)R902。
·M56：機(jī)床上工作臺(tái)取下后使用本指令。將R800置“0”，現(xiàn)在交換位上的工作臺(tái)狀態(tài)置“2”(已加工)。
·M57：機(jī)床裝上工作臺(tái)后使用本指令。將R800置“現(xiàn)在交換位所對(duì)應(yīng)的臺(tái)位號(hào)”，現(xiàn)在交換位所對(duì)應(yīng)的臺(tái)位上的工作臺(tái)狀態(tài)置“4”(無工作臺(tái))。
·M80～M85：交換動(dòng)作用輔助機(jī)能。

1）通道3的CNC程序該程序用于控制工作臺(tái)庫的回轉(zhuǎn)。其設(shè)計(jì)思想是：開機(jī)后能自動(dòng)完成回參考點(diǎn)動(dòng)作；機(jī)床正常加工時(shí)，將已加工的工作臺(tái)送到人工裝卸位；自動(dòng)交換開始后完成前述的動(dòng)作。

2）通道1的CNC程序通道1為正常加工主通道，交換工作臺(tái)命令通過子程序調(diào)用指令實(shí)現(xiàn)，L9101～L9106分別控制將1～6號(hào)工作臺(tái)裝入機(jī)床，這6個(gè)子程序的原理相同。

3）PLC程序負(fù)責(zé)參數(shù)的傳送與輔助機(jī)能的執(zhí)行。具體如下：

①利用840的數(shù)據(jù)傳送功能塊FB62進(jìn)行以下處理；將E軸的回參考點(diǎn)完成信號(hào)(DB32D20.12)、精確到位信號(hào)(DB32D20.9)、現(xiàn)在交換位上的工作臺(tái)檢測(cè)信號(hào)(開關(guān)信號(hào))寫入R902的對(duì)應(yīng)位；執(zhí)行M53指令，將M53后的H代碼寫入R902；執(zhí)行M56指令，將0寫入R800，將交換位上的工作臺(tái)狀態(tài)置“2”(已加工)；執(zhí)行M57指令，將交換位上的工作臺(tái)號(hào)寫入R800，將交換位上的工作臺(tái)狀態(tài)置“4”(無工作臺(tái))。
②根據(jù)M80～M85指令，結(jié)合機(jī)床上的開關(guān)狀態(tài)，完成交換門的開/關(guān)；拉桿前伸/縮回；工作臺(tái)庫的夾緊/松開等電磁閥的控制。
③應(yīng)特別注意的是：由于E軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)僅僅受到參數(shù)R902的控制，只要R902不為0，工作臺(tái)庫就要產(chǎn)生回轉(zhuǎn)。因此，在設(shè)計(jì)PLC程序時(shí)一定要全面考慮工作臺(tái)庫的啟動(dòng)條件，切不可在程序中輕易傳送R902。
④為了保證有關(guān)工作臺(tái)庫專用的M 指令不被錯(cuò)誤的操作啟動(dòng)，設(shè)計(jì)PLC程序時(shí)應(yīng)對(duì)其加以保護(hù)。例如：只有在執(zhí)行了特殊的M、H代碼之后才允許執(zhí)行這些M 指令，或者是只有在工作臺(tái)庫動(dòng)作進(jìn)行的特殊條件下才被啟動(dòng)，這些都是PLC程序設(shè)計(jì)時(shí)所必須考慮的問題。

4 通道控制要點(diǎn)與動(dòng)作的協(xié)調(diào)處理

在TMA-55OPN6中，通道間的動(dòng)作協(xié)調(diào)由PLC程序承擔(dān)。其要點(diǎn)是：

1）為了調(diào)整與維修的需要通道3應(yīng)有兩種操作