基于840D数控系统的钢轨锯钻机床定尺的应用与优化

引言

邯钢大型轧钢厂使用林辛格数控锯钻机床,用于钢轨的钻孔、倒棱、定尺锯切。将机床执行动作、钢轨规格、加工参数输入到数控系统,数控系统通过对应的动作命令,控制机床的刀具,定尺锯切出所需长度的钢轨。因此,锯钻机床是一种具有数控系统的自动化机床,它是典型的机电一体化设备。

1钢轨锯钻机床使用过程中存在的问题

(1)在生产中发现锯钻机床数控系统对设备磨损十分敏感,而设备运行稳定性影响各种定位动作,影响设备精度。

(2)锯钻机床各执行机构动作过程中,受工况影响大,某一个动作执行不到位,会影响下步工序执行,造成事故频繁。

鉴于此,有必要对设备进行深入研究,制定相应的工艺技术路线图,通过基础改造及系统优化,最终实现设备稳定运行,保证设备功能精度。

2840D数控系统应用分析及优化方法

2.1实现对钢轨加工的精确定位控制,保证产品质量

数控系统对机床的位置精度进行检验、控制,从而保证机床的加工性能,而第一套测量系统中的夹送银编码器,第二套测量系统中的测量轮编码器及定位光栅等都会影响位置精度的检测。测量得到的位置偏差可以通过机床数控参数的误差补偿系统进行调整,最终保证锯钻机床的位置精度。有时室外温度对钢轨造成的温差、压缩空气气压等外部条件也会对位置精度产生影响。

(1)使用高动态响应的多轴联动控制及数控参数调整。

SINUMER1K840D是由PLC、NCU、MMC模块组成的,其中驱动系统和数控系统集成在一起,通过设备总线连接,NCU单元还集成了840D数控CPU、PLCCPU,并带MPI或PROfibuS接口、RS232接口,PCMC1A卡插槽等。

锯钻机床驱动系统共七组模块,通过MPI总线接口与NCU相连,包括驱动模块和电源模块,依次控制一个锯片SAW、两对钻头(DRI、DRO)的位置及进给方向电机(FSA、FDI、FDO)及两个钢轨定尺进给电机(PRI、PRO)。同时将工艺软件集成到系统中,其自动化控制渗透到每个加工环节。

锯钻机床定位系统为闭环控制,通过电机的编码器作为位置定位元件,将位置数据发送至驱动模块,完成对钢轨长度定尺的定位控制。钻机钻孔时为实现入、出口钻头深度的位置调节,将电机位置编码器及钻杆调整杆上的两个接近开关作为钻轴的参考位置及保护位置。锯钻工艺参数输入后,通过各钻轴的编码器定位标零。当出现位置偏差时,在工艺参数软件内设置误差补偿,根据实际情况通过调整补偿值将偏差纠正过来,并通过内部参数进行优化,实现多种工况的匹配,保证设备稳定运行,提高钢轨加工速度和精度。

在机床调试中经常需要调整的参数主要有:36210(最大速度设定值)、36220(速度设定监控的延迟时间)、36400(轮廓监控公差范围)、36200(轴速度极限)。

(2)机械磨损造成的位置精度偏差,也可通过定尺长度软件进行调整,从而补偿机床的位置精度。同时钢轨温差等外部条件发生改变,也能对精度产生影响,通过数据补偿避免温差对尺寸等影响,如图1所示。

2.2确保极低的故障率,提高钢轨生产效率

(1)根据机床的各种动作执行结构及检测系统使用中暴露的问题,如锯屑堆积卡阻,执行机构动作行程不足造成检测位置报警等,进行位置改造,杜绝卡阻:进行行程优化改造,避免检测报警:增加气刀,调整气路角度,减少锯屑堆积,降低故障率。

(2)锯钻机床机械磨损,如夹送银、压下银磨损,测量轮稳定性差引起的测量偏差、定位校正光栅故障等均对钢轨长度定尺精度有着直接影响。经过工艺分析,加上现场设备的实际状态反馈,通过解决以下问题来最终保证锯钻机床的运行稳定性,降低事故率:

1)送钢银道速度与夹送银速度的匹配:

2)夹送银磨损后轮廓公差补偿:

3)定位校正光栅位置及响应精度:

4)夹送银速度检测、测量轮定位精度及校正光栅之间的配合:

5)调整银道线水平度、对中夹紧,降低钢轨平直度影响,杜绝锯切时钢轨应力无法释放,夹持锯片:

6)钢轨在夹送银中打滑造成编码器丢转引起的定尺不准:

7)水平夹紧、水平离位、垂直夹紧、夹送银动作检测结构安装位置改造,便于日常点检维护,避免锯屑对执行机构动作的影响。

经过上述优化改造,设备能够稳定运行,没再出现过定尺不准的问题,且机械磨损引起的测量误差也通过定期参数调整得到了保证,同时夹送银、压下银、测量轮磨损下降了3/5,延长了相应结构的机械寿命,提高生产效率55%,降低事故率50%,将事故时间由30min/万t降低到15min/万t,保证了精确定位控制,实现钢轨定尺误差25m在±6mm,100m在±30mm,保证了产品质量。操作画面远程监控后,处理事故效率提高,能够实时监控所用机床运行状态。

3结语

西门子840D数控系统因其功能强大、维护方便、程序设计简单等特点,在各行各业中得到了广泛应用。数控锯钻机床是现在国内钢轨生产企业如攀钢、包钢等的钢轨生产通用设备,本文对林辛格联合锯钻机床进行的研究,可直接推广,具有通用性,还可解决大量其他车床的类似问题。