数控不落轮镟床的操作与维修

本节内容以德国赫根赛特（Hegenscheidt-MFD GmbH＆Co.KG）公司生产的U2000-400M型不落轮镟床为例，介绍镟床控制系统构成、测量及液压原理。

（1）镟床控制系统构成

数控不落轮镟床具备轮对几何参数测量、分析、修复和加工等多项功能。它主要包括机架、轨道系统、轮对定位、参数测量装置、轮对支撑驱动装置、轮对固定和夹紧装置、轮对镟修刀架刀具装置。其控制系统采用SINUMERIK 840D数控系统，如图3-1所示，包括SIMODRIVE 611D驱动、数控单元NCU与MMC人员交互系统及Simatic S7-300型PLC等。该设备采用接触式自动测量方式，可以在轮对测量镟修过程中对同一轮对上2个轮饼的几何尺寸进行自动测量。

1）硬件构成

不落轮镟床数控系统硬件结构由数控单元NCU、SIMODRIVE 611D驱动模块，OP010C（MMC103和PCU50服务器）和MCP操作控制单元，S7-300PLC模块，4个三相数字伺服电动机，MicroMaster440变频器，三相异步驱动轮电机等部件组成，系统的各个部件通过现场总线ProfiBus连接通信。

2）软件结构

SINUMERIK 840D软件包括微软Windows操作系统、NC软件和HMI软件、PLC软件。SINUMERIK 840D数控系统是一个基于PC的数控系统，它保持前两代SINUMERIK 880和840C的3个CPU机构：人机通信CPU（MMC-CPU）、数字控制CPU（NC-CPU）和可编程逻辑控制器CPU（PLC-CPU）。3部分在功能上既相互分工，互为支持；在物理结构上，NC-CPU和PLC-CPU合为一体，合成在NCU中，但在逻辑功能上又相互独立。SINUMERIK 840D数控系统主要用于切削加工程序控制，其主要功能有：

图3-1　数控不落轮镟床数控系统

①控制机床各部件灵活协调工作；

②检测群组模式下各通道状态；

③坐标轴方向动态控制；

④可编写快速响应程序及各部件同步动作程序；

⑤刀具、螺纹间隙、象限补偿功能；

⑥测量功能及高级编程语言的编译功能。

不落轮镟床采用HMI Adcanced软件进行人机交互操作，HMI Adcanced软件是运行在Windows CE系统下的应用程序，为用户提供了友好的操作界面。

通过HMI Adcanced软件，可以编写轮对廓形加工程序并设定不落轮镟床参数、执行部件程序、读写并显示数据、建立于PLC及NC的控制通信等功能。

SINUMERIK 840DE数控系统控制数控刀架的运动，可是直线、圆弧插补，从而完成加工车轮踏面和轮缘达到所要求的廓形和直径。

SINUMERIK 840DE系统软件分为西门子服务级、机床制造厂家级、最终用户级等7个软件保护等级，使系统更加安全可靠，机床在设计及制造过程中已充分考虑到人机保护的安全性，具有防护门、防护窗等与机床动作的安全互锁设计、加工区域限制、软件限位开关、紧急停车回路的软件控制等安全保障，可充分保护机床、工件及操作者的安全。SINUMERIK 840DE数控系统具备多重扩展能力，包括PLC及用户零件存储容量等。(www.xing528.com)

SINUMERIK 840DE数控系统的操作、显示及诊断等均采用中文界面，具有完善的故障自诊断及状态显示，可监控机床状态、机床参数等，便于操作者及维修人员对机床故障进行准确的判断和处理。

PLC程序通过安装在PCU上的STEP7软件进行监控和操作，也可以使用专门的程序编程器进行编程，PLC程序主要用于控制不落轮镟床驱动轮、轴箱支撑、液压系统等部件动作的自动控制。

（2）数控不落轮镟床测量及液压原理

轮对几何参数自动测量装置安装在刀架滑轨上，通过液压系统实现其沿X轴方向伸缩功能，由伺服刀架滑轨系统实现其纵向Z轴方向运动。这套测量主要包括左右2套相同的测量轮组和1个红外线光电开关。测量轮组由测量支座几起支撑的大小两测量轮和角度（旋转）编码器组成。

1）直径测量原理

如图3-2所示，数控不落轮镟床的直径的测量是通过测量装置中作用在车轮滚动圆的测量轮和红外光电开关完成。在测量前，要在轮子侧面贴上反光标签，此标签与红外光电开关处于同一水平面上，直径测量轮在轮对踏面距离轮缘断面70 mm处的圆周线紧密接触，轮对通过摩擦带动测量轮匀速转动，测量装置内部安装的角度编码器记录测量轮转动弧度θ，并传送到PLC/CNC数据存储器，由红外光电开关接受轮对转动圈数N，当轮对转动圈数达到系统设定值时，测量轮沿＋X轴方向收回，完成直径测量。数据处理系统由PLC/CNC数据存储器记录的数据自动计算出轮对踏面直径D，计算公式为

D＝θd/2πN

其中：d为测量轮直径

图3-2　数控不落轮镟床直径测量轮

2）廓形测量原理

轮对廓形测量装置是通过左右2个同轴测量轮进行的。大测量轮完成轮缘最高点到踏面外侧的廓形测量，小测量轮完成轮缘最高点到内端面的廓形测量。廓形测量可通过在踏面上设定不同的测量点，数据处理系统将测量轮及各类传感器在不同测量点上得到的数据储存、分析、计算后，得出结果在显示屏上显示。系统将测量结果与轮对参数要求比较决定是否镟修，与计算机内存储的标准廓形数据比较决定镟修量。

3）液压系统工作原理

液压系统主要由液压油箱、液压泵、液压管路、各类液压阀件、液压油缸、液压电动机、各类仪表等组成。

图3-3　不落轮镟床液压原理图

液压系统原理以图3-3数控不落轮镟床液压图为例讲解。图中0M1为液压系统驱动电机，0P1为液压泵，0Z3为电机与液压泵连接装置，0F1、0F2、0F3为过滤器，0D1为蓄能器，0V1为加热电磁阀，0V2为压力限制阀（溢流阀），0V3为压力限制阀（安全阀），0V5为单向阀，0S1、0S2、0S3、0S4为传感器，0K1为散热器，0H6、0H7、0H9为液压软管。图3-2液压原理图中，当液压泵驱动电机0M1得电后，电机旋转，驱动液压泵工作，液压油箱0Z1中液压油通过液压泵0P1的出油口P向液压系统供油，液压油通过0W1阀座的A2口到达压力限制阀0V2，再通过0V2的单向阀向系统供油，当通过压力限制阀0V2的液压油压力大于该阀设定值时，压力限制阀0V2回油通路接通，通过与该阀连接的回油管路T并经过单向阀0V5将多余液压油排回液压油箱0Z1。经过压力限制阀0V2的液压油到达油管P1向各液压油缸等提供动力，同时油管P1上并行安装有蓄能器0D1、压力显示表0G1及压力限制阀0V3，蓄能器0D1的主要作用是在适当的时机将系统中的能量转变为压缩能或位能储存起来，当系统需要时，又将压缩能或位能转变为液压或气压等能而释放出来，重新补供给系统，当系统瞬间压力增大时，它可以吸收这部分的能量，以保证整个系统压力正常。加热阀0V1的作用是当系统油温低于设定的温度时，通过打开0V1阀实现液压油的循环来提高液压油温度，确保液压系统工作正常。0S1为油位传感器，用于检测液压油箱中液压油量是否充足，0S4为油温传感器，用于检测液压油箱中液压油温度，确保液压油温处于合适的工作状态。0K1为散热器，主要用于对系统回油进行必要的降温，确保液压油温度不会过高。