基于TSS 的数控机床智能润滑控制功能的实现

尤东升

(江苏信息职业技术学院 机电工程系，江苏 无锡 214153)

0 引言

国家装备制造业的快速发展，使数控机床在企业生产中得到了广泛的应用。企业急需在不间断、大批量生产中找到快速、方便、低成本、低故障率的数控机床运行维护方法;若能优化升级称之为数控机床“供血”的润滑油循环系统的工作模式，使之能符合企业自身特有的加工条件，将有效的降低设备的故障率，极大的提高数控机床的加工效率及其使用寿命［1-6］。

早期这方面的研究工作主要集中于遗传算法的模型研究，润滑油温升对其黏度与轴运动精度的分析等方面。当前，数控机床还是采用开机集中润滑、运行间隔润滑的工作模式，对于润滑系统监测运行控制的研究及应用几乎空白。

本文提出了一种基于温度传感系统(Temperature Sensing System-TSS)的智能润滑控制方法。该方法主要针对FANUC 系统的数控机床，利用信号采集、梯形图设计与宏参数等开发手段，最终实现了控制方法指令化。由操作人员即可根据加工条件选择四种工作模式的任一中进行设定，使得该功能操作简单实用［7-11］。

1 润滑控制功能总述

润滑控制模式将根据数控编程指令参数的设定，首先向可编程控制器发出指令信号，然后由可编程控制器控制润滑系统的运行方式，最终实现数控加工的可调式润滑。四种润滑模式设计如表1 所示。

智能模式中基本模式可以通过参数进行选择设定，通过对轴承座和丝杠螺母座的温度(Ta)监控来控制润滑时间。当监控对象温度超过警戒值(Tm)后，智能模式启动;当监控对象温度比警戒值低Tn℃时，进入其他模式。特殊情况润滑油温度大于等于(Tm－Tn)时，系统报警提示请给润滑油降温。

表1 润滑控制模式描述

2 信号采集与窗口功能应用

润滑控制信号的逻辑关系主要通过梯形图编制来实现。各润滑模式的运行条件通过译码电路来区分，运行条件的设定如图1 所示;输入信号X，输出信号Y，中间继电器R 等主要信号设定如表2 所示。

图1 各模式运行条件设定图

表2 输入/输出(I/O)信号设置表

图1 中的G54.0 和G54.1 对应系统宏变量#1000 和#1001(见表3 所示)，选取中间继电器R420的低四位作为模式状态信号。下面根据各模式要求，分别进行梯形图编制与分析说明。

2.1 间隔润滑模式分析

该模式引用VMC600 加工中心典型设计进行流程说明，不作更改。流程分析如图2 所示。

图2 间隔润滑流程图

2.2 润滑泵启动条件设计

下面润滑泵启动信号Y5.1 前为四种润滑模式的条件设定，其中R435.6 为节油模式条件，R435.7为智能模式条件。信号Y5.7 为润滑油液面低报警。A2.0/2.1 为报警信息寄存器，分别为润滑泵短路过载报警和测量介质温度报警(#2000:＊＊＊温高)。见图3 所示。

图3 启动润滑泵梯形图

2.3 节油润滑模式设计

本模式采用各轴运动信号为条件，轴运动则润滑，轴停止则润滑也停止。模式对应条件控制信号R435.6，润滑泵选通信号为R420.2。本设计采用各轴分别控制润滑，下面列出X 轴控制梯形图(R100.0为X 正向运动状态信号，R102.0X 负向运动状态信号)，其他轴不再累述。对应设计如图4 所示。

图4 X 轴节油润滑模式梯形图

2.4 智能调节润滑模式设计

数控机床加工时机械执行部件最需要润滑的部件为各轴的轴承和滚珠丝杠的螺母座。如果不能取得有效润滑，这些部件会因为润滑条件变差，而温度逐步升高，最终损坏。我们可以选用温度传感器(例如金属表面测量型STT-S 系列，或防水防震型STT-R 系列温度传感器)，利用测量温度与预设温度进行比较，判断被测部件和润滑油是否温度超标，然后按要求进行选择性润滑。同时也通过此方法判断机床工作状况，超温过于频繁，表示工作条件变差，需给予保护。

(1)温度信号的读取:读信号主程序(见图5 所示)可读取串口电信号。

图5 读信号主程序(部分)

(2)温度信号的比较:把测量温度数据(Ta)存入R430 寄存器中，与R400 寄存器中预设温度值(Tm)通过比较指令COMP(SUB15)指令进行数据比对。若测量温度超过预设温度(Ta≥Tm)，则输出信号R425.7 选通(见图6 所示)。采用相同方式，可以设计降温关断的梯形图，不同之处在于预设降温差值(Tn)。在使用中，我们通过寄存器中预设Tm 和Tn可以手动控制职能模式的启动温度。

图6 信号比较输出梯形图

3 宏功能的应用

通过以上梯形图可以获取G54.0 和G54.1 润滑模式的特征信号;然后通过可编程控制器中F54 与G54 信号(如表3 所示)把判断结果送至宏变量#1000 与#1001 中待用;最后为了能使该信号能被数控机床操作指令控制，我们可以选取一个未被定义的M 代码，作为断点定位指令代码。

表3 G54 与宏变量对应表

例如M18 定义指令格式为M18 E_;在参数6071中设定值为18;指令M18 中E 参数按发那科系统格式设定如下:自变量I 地址为E，宏变量为#8，自变量II 地址为J2。下面对以上数据进行运算整理:

?

以上程序在系统运行M18 指令时自动执行。操作方法如下:若要选用该润滑模式，操作者仅需在MDI 模式或MEM 模式下输入M18 E＊＊(其中＊＊可以选择1、2、3 或4，四种模式的任一种)，即可。其中M18 为润滑模式指令，其在运行时调用O9001 程序运行，E 为模式设定参数。

4 润滑油压力检测分析

在以上智能润滑模式下，室温21.4℃，设定温度(Tm)30℃，降温差值(Tn)3℃，获取的温度(Ta)和贝奇尔VERSA III 型电动润滑泵油压(P)数据如图7 所示。在该模式下，图形表明油压稳定、轴承及螺母座温度在润滑中得到有效控制。可见，该功能达到预期效果。

图7 油压与温度检测数据分析图

5 总结

通过采集系统信号、编辑优化梯形图和通过宏程序判断运行指令等各类手段的结合运用，我们可以通过FANUC 提供的PMC 功能指令和宏参数来扩展系统功能，弥补中低端数控机床在设备保护功能和免维护功能方面的不足，以此促进多样化高效率高精度加工。

据此，我们可以发现此方法不但可适用于数控机床，而且借助于可编程控制器还可以在需要润滑的自动化设备上进行推广运用，这使得 设备拥有更符合加工需要的润滑保养。我坚信不断推进数控机床功能的二次开发，必将累积起国产数控核心技术的飞跃。

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