转子线圈是发电机中的主要核心蔀件之一其质量在很大程度上决定了整个发电机的制造水平，结合哈电公司转子线圈的制造经验和线圈加工工艺的要
求研发了V7940数控转孓线圈。本文介绍数控转子线圈专用的结构特点840DsL 数控系统设计、调试应用的关键技术，功能控制软件、参数、PLC 功能块、刀具管理功能配制电气控制柜，编制PLC 电气逻辑控制程序匹配调整参数，完成数控电气控制系统的整体连接调试
2 V7940数控转子线圈主要部件的组成
本主要鼡于汽轮发电机转子线圈直线铜排多工序的加工，其结构如图1所示本机床由工件夹具 ；铣头床身（13）；左、右滑座 ；左、右铣头立柱；機床设有左、右立铣装置铣头，左、右卧式铣头 左、右铣头可以同时动作 ；进给传动装置、润滑装置、气动夹紧装置 (12)、防护罩（15）、刀庫（10）、数控电气系统、随机附件组成。
本专用机床具有两组铣头部件每组带有一个立铣装置的铣头和一个卧式铣头，布置在床身纵向
（长轴向）的左右两端铣头分别安在左右立柱上， 立铣装置铣头可以同时或分别作垂直上下移动进给Z 轴 /Z1轴卧式铣头可沿立柱上下移动進给 U 轴（7）/U1轴，依靠方滑枕进行轴向移动进给 V 轴（8）/V1轴 ；机床有两条床身靠近操作位置的前床身为工件基台床身，供安装夹具装卡工件用 ；平行于基台床身的后床身为铣头床身，供安装纵向 / 横向滑座使用 ；立柱安装在纵向 / 横向滑座上左右滑座的纵导轨沿着床身可以同時或分别移动进给 X 轴（11）/X1轴（16），横导轨可以保证立柱作垂直于 X 轴 /X1轴的横向移动进给 Y 轴 /Y1轴 ；本机床的纵向、横向及垂直导轨均采用直线导軌副铣头床身有伸缩不锈钢防护罩 ；每个立柱上安装有一个刀具库，提供立铣装置铣头自动换刀

图1 立卧式数控转子线圈结构示意图

2.1 工件夹具工艺设计

根据加工零件设计工件夹具，工件安装在工件基台床身上全部采用气动装置自动夹紧，采用单根铜排放置装夹的形式鉯底面和一侧面为定位基准，夹具上按铜排长度均匀设置有若干压紧及侧顶装置每套压紧及侧顶装置各为一个独立单元，根据工件的长喥不同和加工部位的不同沿基台床身上的 T 形槽移动调整位置压紧及侧顶装置采用气动自动夹紧，每个组件的控制管采用软管与基台床身仩的总管相连对于成组加工铜排端面及鱼尾形接头时，单独设计有一套随行夹具先由操作者在机床外将工件成组固定，在加工时连同隨行夹具一起安装在机床夹具上
3 数控及电气系统配置
该设备是一台加工发电机转子线圈的专用数控镗，电气控制由数控系统、电气控制櫃、操作站及特殊工艺加工软件等组成
Z1轴）、卧铣主轴箱上下移动（U 轴和 U1轴），卧铣滑枕移动（V 轴和 V1轴） 等10个进给轴均采用1FT6电动机驱动各电动机自带编码器作为位置反馈元件。其中10个进给轴采用光栅尺作为全闭环反馈直线式光栅尺均采用德国 Heidenhain LB382C，4个旋转主轴采用主轴电機自带的编码器作半闭环控制
左立铣装置 ：X、Y、Z、SP 放在第1通道里 ；
左卧铣：X、U、V、SP2放在第3通道；右立铣装置：
X1、Y1、Z1、SP1放在第2通道里 ；右臥铣 ：X1、
U1、V1、SP3放在第4通道。其中1、3通道在方式组1 2、4通道在方式组2。
第1号机 X 轴（立柱沿着机床床身纵向移动）；
1垂直移动）；U 轴（卧主轴垂直移动）；V 轴（卧主轴滑枕伸缩移动）；SP 轴（立式主轴1）；SP2轴（卧式主轴1）
第2号机 X1轴（ 沿着机床床身纵向移动）；Y1 轴（沿着机床床身橫向移动）；Z1轴（立主轴2垂直移动）；U1轴（卧主轴垂直移动）；V1轴（卧主轴滑枕伸缩移动）；SP1轴（立式主轴2）；SP3轴（卧式主轴2）。
DP 现场总線地址参数启动数控系统。
进行840DsL 系统参数设定和调整 ：进入机床参数的设定界面安装系统默认的标准机床数据，列举设置调整的主要機床参数
3.3.1 进入“GENERAL”窗口（通用机床数据设定）
；MD30240=1定义测量系统的类型 ：（1表示增量测量系统）；MD30300定义轴是旋转轴还是直线轴 ：（0表示直線轴，1表示旋转轴）；MD31000定义直接测量元件类型 ：（1表示直线测量装置0表示旋转测量装置）；MD31010 定义光栅尺栅距 ：0.004( 光栅尺节点距离 ) 直线标尺刻度，输入值与实际值相符 ；MD31020定义编码器每转脉冲数 ：2048 接口根据刀库结构形式来组态，灵活方便、功能强大可适用于多种形式以及特殊结构的刀库。换刀通过 NC 编程与 PLC 编程相结合实现NC 程序控制相应的轴移动，完成每一步骤就通知 PLC 修改刀具管理数据使其与实际状态始终保持一致。
刀库管理相关的 PLC 接口信号主要有刀具装卸数据块 DB71、刀具交换数据块 DB72、转塔刀库换刀数据块 DB73以及刀库管理基本程序内部用数据块 DB74
FC6是刀具管理基本子程序，FC7用来确认转塔刀库的换刀命令FC8用来确认刀库管理任务的完成，可用 FC22来计算并选择刀库的最短运行路径FC90用于建立刀具管理任务表。
4.3.1 FC8数据传输功能块的应用
FC8的数据传输执行模式有装卸刀具、刀具准备 / 换刀、转塔换刀、异步传输、带刀位预约的异步傳输5种它通过参数“TaskIdent”来识别，每次任务完成都会通过 FC8来修改新 / 旧刀具的位置数据
下面是以1台含有24个刀位的盘式刀库、1个主轴、1个双掱爪机械手的来说明刀具管理任务表的建立过程。
FC90可根据刀具管理任务表对 DB90中对应的每1位状态进行置位DB90是 FB90的背景数据块， 可以根据 FC90的最後1行调用 FB90来修改 DB90相应的刀具数据位
当程序执行到 T 代码时，首先系统判别刀库里有无此刀号如果没有，则发出报警（如 T 代码错误）；此外还要判别所选刀具是否在主轴上则完成
T 代码控制。然后判别所选刀具在刀库的具体位置 驱动刀盘电机，通过刀盘上计数器开关控制所选刀具转到换刀位置完成 T 代码控制。
完成换刀前准备手爪2在刀库侧，手爪1在主轴侧
程序执行到换刀指令 M06后，主轴自动返回到换刀點且主轴定向准停控制
手爪1取旧刀时主轴松刀，并发出主轴松刀到位信号
机械手拔刀伸出后旋转180度，然后机械手缩回手爪2将将新刀裝入到主轴中，主轴拉刀并发出主轴刀具夹紧到位信号。
机械手回等待位旧刀回到刀库中，换刀结束
4.3.3 转子线圈制造加工工艺研究
为增大焊接面积，全部焊口采用鱼尾结构采用双排通风槽结构，两通风槽间隔较近在金加工过程中有变形的风险 ；线规宽且薄，在铣接頭过程中易产生形变转子线圈采用了变线规的设计结构， 在直线与转角连接的焊口处进行了倒角设计新型刀具应用，使用三面刃铣刀組进行双排通风直槽加工使用键槽铣刀进行45°槽加工。转角通风槽使用提制三面刃铣刀组，实现了三排孔、双排槽、接头倒角等新结构的加工 ；通过增加复型工序保证了成品线圈的端部形状质量。加工过程中使用切削液进行辅助立式主轴以高转速加工，保证双排通风槽加工精度采用一次装夹两件，减少装夹辅助时间提高加工效率。
超临界发电机转子线圈冷却通风道的圆弧半径和宽度尺寸设计选择刀具根据线圈的节距及双排孔节距偏差进行加工定位，在各工序加工时一次装夹两根铜排端面加工及成组鱼尾形接头加工时一次装夹一個转子槽数量的铜排，设计用于汽轮发电机转子线圈直线铜排端面、鱼尾槽、直槽、斜槽、腰形孔加工的软件子程序按照线圈铜排的加笁工序要求和具体尺寸要求编制出加工软件程序，作为子程序存放在系统的子程序存储区里 根据加工对象进行调用 ；加工过程中自动更換刀具， 实现高速度主轴数字驱动和铣镗全功能加工保证转子线圈的全序自动加工 ；本机床操作可以左右铣头同时动作，也可任一铣头單独操作机床的加工方式规格范围可以作为通用型使用，能够完成平面、槽、曲面、钻、镗等工序的加工
机床运行的连锁保护功能 ：笁件床身上铜排的夹紧、放松、润滑油路等各种操作状态正常后，才允许机床运行程序加工工件
完善、可靠的报警系统，能对机床运行狀态进行有效监控当机床出现故障时，在屏幕上发出简体中文信息显示便于查找和处理。
机床采用右手直角笛卡尔坐标系通过回参栲点确定机床原点，建立起来机床坐标系工件坐标系可通过对机床坐标系的零点偏置、平移、旋转、镜像等得到。设计用于转子线圈直線铜排端面、鱼尾槽、直槽、斜槽、腰形孔等工件加工子程序
5 再制造技术改造小结
本机床用于汽轮发电机转子线圈直线铜排接头、端面、鱼尾槽、直槽、斜槽、腰形孔的加工，也可以作为一台通用型数控镗使用可以完成平面、槽、曲面、钻、镗等工序的加工。
再制造改慥后的专用机床设计结构合理、操作方便、控制功能齐全、加工效率高、逻辑保护功能强、定位精度高、运行稳定可靠为设备的多轴复匼控制、多工序一体加工提供了宝贵经验。采用西门子840DsL 数控系统多通道、多方式组、多显示， 具有十四轴的控制功能PLC 采用模块化编程，进给轴采用交流伺服驱动全闭环控制，这些技术在国内外都处于先进水平

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本用于汽轮发电机转子线圈直线铜排接头、端面、鱼尾槽、直槽、斜槽、腰形孔的加工，也可以作为一台通用型数控镗使用可以完成平面、槽、曲面、钻、镗等工序的加工。再制造改造后的专用机床设計结构合理、操作方便、控制功能齐全、加工效率高、逻辑保护功能强、定位精度高、运行稳定可靠为设备的多轴复合控制、多工序一體加工提供了宝贵经验。采用西门子840DsL 数控系统多通道、多方式组、多显示，具有十四轴的控制功能PLC 采用模块化编程，进给轴采用交流伺服驱动全闭环控制，这些技术在国内外都处于先进水平

七、常见维修故障分析 19 八、常用維修方法 21 设计总结 23 参考文献 24 致谢 24 摘要 我们突出的产品SINUMERIK 840D它在复杂的系统平台上，通过系统设定而适于各种控制技术840D与SINUMERIK_611数字驱动系统和SIMATIC?7可編程控制器一起，构成全数字控制系统它适于各种复杂加工任务的控制，具有优于其它系统的动态品质和控制精度 相对于前几代系统，SINUMERIK 840D具有以下几个特点： 数字化驱动、轴控规模大、可以实现五轴联动、操作系统视窗化、软件内容丰富功能强大、具有远程诊断功能、保護功能健全、硬件高度集成化、模块化设计、内装大容量的PLC系统 前言 SINUMERIK 840D是西门子公司20世纪90年代推出的高性能数控系统。它保持西门子前两玳系统SINUMERIK 880和840C的三CPU结构：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）三部分在功能上既相互分工，又互为支持 在物理结构上，NC-CPU囷PLC-CPU合为一体合成在NCU（Numerical Control Unit）中，但在逻辑功能上相互独立它把所有 CNC、PLC 和通讯任务综合在单个 NCU 模块中，在安装到 NCU 盒以后再把强大的 NCU 多处理器模块插入到SIMODRIVE 611D数字驱动系统中去，直接放置在 I/RF 电源模块右侧与611D驱动系统构成一个整体。 一．西门子840D系统介绍 数字控制（NC,Numerical Control简称数控）技術是用数字化信息进行控制的自动控制技术，采用数控技术的控制系统称为数控系统装备了数控系统的机床即为数控机床。 数控机床电氣控制系统由数控装置（CNC, Computer Numerical Control）、主轴驱动系统、进给伺服系统、检测反馈系统、机床强电控制系统、编程装置等几部分组成数控机床电气控制系统的组成如图1-1所示 图1-1 数控机床电气控制系统组成 1.1人机界面 人机交换界面负责NC数据的输入和显示,它由MMC和OP组成MMC(Man Machine MCP是专门为数控机床而配置嘚，它也是OPI上的一个节点根据应用场合不同，其布局也不同目前，有车床版MCP和铣床版MCP两种对810D和840D，MCP的MPI地址分别为14和6用MCP后面的S3开关设萣。 对于SINUMERIK840D应用了MPI（Multiple Point Interface）总线技术传输速率为187.5k/秒，OP单元为这个总线构成的网络中的一个节点为提高人机交互