胡建國

編程指令是組成數(shù)控程序的核心，是實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床運(yùn)行的語言。基本的編程指令包括：準(zhǔn)備功能G指令、坐標(biāo)字、進(jìn)給功能F、主軸功能S、刀具功能T、刀具補(bǔ)償號(hào)D、輔助功能M等。在設(shè)備維修改造中，可以充分利用這些編程指令提高設(shè)備的性能，以下是在上海電氣核電設(shè)備有限公司生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用。

1.SINUMERIK 840D編程指令

SINUMERIK 840D不僅包括DIN/ISO標(biāo)準(zhǔn)的編程指令，還提供了系統(tǒng)特有的指令。這些特殊指令不僅可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜工件的編程，還為設(shè)備維修改造實(shí)現(xiàn)特殊功能提供了方便。使用這些特殊指令可以實(shí)現(xiàn)包括進(jìn)給軸扭矩限制、改善跟隨誤差及加工程序與PLC交互等功能。

2.扭矩限制指令實(shí)現(xiàn)深孔鉆削保護(hù)

FXS（選擇/不選擇運(yùn)行到固定擋塊）和FXST（設(shè)置夾緊扭矩百分比）指令組合使用可以實(shí)現(xiàn)對最大扭矩的控制及為裝夾工件產(chǎn)生所要求的功率，如尾架、套筒和夾具，還可以返回機(jī)械參考點(diǎn)。利用足夠的減速扭矩，不用連接探頭執(zhí)行簡單的測量工作。

HTB-III數(shù)控三軸深孔鉆床是核電蒸汽發(fā)生器管板深孔加工的關(guān)鍵設(shè)備，管板的群孔深孔加工是核電設(shè)備制造中的高難技術(shù)之一。深孔加工是在封閉或半封閉條件下進(jìn)行的，很難實(shí)時(shí)觀察到加工狀況，只有通過對設(shè)備進(jìn)給軸及主軸監(jiān)控、控制才能保證深孔的質(zhì)量。在對HTB-III數(shù)控三軸深孔鉆床的改造中，通過NC-VAR取出相關(guān)數(shù)據(jù)，并設(shè)置報(bào)警，確保深孔質(zhì)量。但在實(shí)際應(yīng)用中，深孔加工在不同階段，鉆入母材、不同材料及鉆出時(shí)均有不同的切削參數(shù)，進(jìn)給各軸的扭矩也有顯著的差別。需要在鉆削中控制進(jìn)給軸的扭矩，在加工程序中加入扭矩限制功能。

FXS[Z1]=1，即設(shè)置Z1軸選擇“運(yùn)行到固定擋塊”，F(xiàn)XST[Z1]=××，即設(shè)置Z1軸最大夾緊扭矩為××%，使用該指令實(shí)現(xiàn)在鉆削力大于設(shè)置值時(shí)，進(jìn)給軸停止功能，避免因刀刃損壞引起深孔的損傷。在有關(guān)的診斷畫面可以實(shí)時(shí)監(jiān)控該軸的扭矩限制值。

…

N50 IF R802

N60 G01 G90 Z1=R800 F=R801 FXS[Z1]=1 FXST[Z1]=30；Z1軸扭矩限制生效，限制為30%（鉆削進(jìn)入管板堆焊層）

…

N160 PRO1:G01 G90 Z1=R803 F=R801 FXS[Z1]=1 FXST[Z1]=20；Z1軸扭矩限制生效，限制為20%（完成堆焊層鉆削，進(jìn)入母材）

…

N340 FXS[Z1]=0；取消Z1軸扭矩限制，極限值為系統(tǒng)默認(rèn)800%

…

3.前饋控制及加速度性能指令實(shí)現(xiàn)剛性攻絲

FFWON/FFWOF（接通/取消前饋控制）指令是通過提高軸增益，減少軸跟隨誤差，實(shí)現(xiàn)軸運(yùn)行精準(zhǔn)位置控制。BRISK/SOFT/DRIVE（跳躍/沖擊限制/降低式的軸加速度）指令是分別實(shí)現(xiàn)軸加速的快速、穩(wěn)定或緩慢的加速性能。

一臺(tái)捷克SKODA HCW4-300落地式鏜銑床使用剛性攻絲G331功能時(shí)，出現(xiàn)25050報(bào)警，即C軸輪廓監(jiān)控報(bào)警。在剛性攻絲開始時(shí)，由診斷畫面可知，C軸伺服增益為0.3，出現(xiàn)報(bào)警時(shí)跟隨誤差逐漸增大至MD36400設(shè)置的報(bào)警門限值，C軸啟動(dòng)時(shí)有機(jī)械沖擊聲響。根據(jù)診斷說明書，修改MD32200增益系數(shù)，使Kv為1，此時(shí)主軸旋轉(zhuǎn)出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象，無法通過修改該參數(shù)提高增益減少跟隨誤差。

報(bào)警原因是由于C軸為Φ300mm的鏜軸，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，設(shè)定的增益過低，造成跟隨誤差累計(jì)超過誤差設(shè)定值，需要在不修改MD32200參數(shù)的前提下提高伺服增益。在編程參數(shù)中西門子CYCLE 84剛性攻絲循環(huán)指令調(diào)用了“前饋控制指令FFWON”和“加速性能SOFT”功能。在調(diào)用CYCLE 84循環(huán)程序時(shí)，監(jiān)控C軸增益為10左右，跟隨誤差控制在極小的范圍內(nèi)，C軸啟動(dòng)平緩。為開啟預(yù)控制指令，首次需要修改C軸相關(guān)參數(shù)，MD32620前饋控制方式設(shè)為1，表明使用速度前饋方式；MD32630設(shè)置為1，用零件程序激活/關(guān)閉前饋控制功能。在原加工程序中主軸定位后加入FFWON及SOFT指令提高C軸增益、改善加速性能。

…；各軸定位，C軸不旋轉(zhuǎn)

N50 SPOS=0；C軸定位，準(zhǔn)備攻絲

N60 FFWON；激活前饋控制

N70 SOFT；柔性加速

N80 G331 Y62 J4 S20；C軸20r/min速度攻螺距4mm的螺紋

N90 G331 Y0 J4；C軸反向退出

N100 G4 F10 ；暫停10s，清除鐵屑

N110 FFWOF；關(guān)閉前饋控制

…

4.NCK-PLC交互信號(hào)的應(yīng)用

在一些特殊工藝的數(shù)控加工程序中，需要設(shè)備滿足特定條件才能執(zhí)行程序，或在某段程序中需要屏蔽某些條件，雖然可以通過只修改PLC程序?qū)崿F(xiàn)這些功能，但會(huì)造成PLC程序過于復(fù)雜，加工程序編寫復(fù)雜缺乏靈活性等問題。SINUMERIK 840D的NCK-PLC數(shù)據(jù)交換功能，可以便捷地實(shí)現(xiàn)上述功能：$A_IN[n]，PLC 輸出信號(hào)至 NCK；$A_OUT[n]，NCK輸出信號(hào)至PLC。

以EPR蒸汽發(fā)生器管板深孔加工為例，AREVA公司工藝要求鉆桿回退階段主軸旋轉(zhuǎn)并高速回退，而公司的TBT數(shù)控三軸深孔鉆床設(shè)計(jì)為主軸停止時(shí)高速回退，并在主軸運(yùn)行時(shí)檢測冷卻液壓力，報(bào)警需要用REST鍵消除，不能滿足工藝要求。通過修改設(shè)備的加工程序及PLC程序?qū)崿F(xiàn)工藝要求，改造后只需在加工程序中調(diào)用/不調(diào)用$A_OUT[1]即能實(shí)現(xiàn)對冷卻液壓力的監(jiān)控/屏蔽，實(shí)現(xiàn)了編程的靈活性，滿足了不同的加工工藝的要求。

修改$A_OUT[n]數(shù)量參數(shù)MD10360為3，建立3個(gè)NCK輸出信號(hào)至PLC，分別用于3根主軸。以一號(hào)軸改造為例，對加工程序及PLC程序分別做如下修改：

（1）原加工程序

...；完成鉆削

N510 M5；主軸停止

N520 M09；冷卻液停止

N530 G90 G00 Z1=ARBST+SICHABS；高速回退

...

（2）PLC原程序

FC 6O NW8

A M24.2//REST按鈕按下

=L12.0

//冷卻液壓力報(bào)警消除

（1）修改后加工程序

...；完成鉆削

N510 S1=100；主軸減速至100r/min

N515$A_OUT[1]=1；屏蔽壓力監(jiān)控

N520 M09；冷卻液停止

N530 G90 G01 Z1=ARBST+SICHABS；高速回退

N535 M5；主軸停止

N537$A_OUT[1]=0

；恢復(fù)壓力監(jiān)控

（2）修改后PLC程序

FC 6O NW8

A（

O M24.2//REST按鈕按下

O DB60.DBX64.0

//$A_OUT[1]=1時(shí)屏蔽報(bào)警

）

=L 12.0//冷卻液壓力報(bào)警消除

5.結(jié)論

SINUMERIK 840D編程指令不僅在加工中應(yīng)用，還可以廣泛應(yīng)用于維修改造中。掌握這些特殊指令，將之靈活運(yùn)用，可以大幅降低維修改造成本，提高設(shè)備性能。

W 11.12-12