基于GSK218MC數(shù)控系統(tǒng)的雕銑機(jī)床控制

羅 敏 劉凌云 陳凌云 陳志楚

(湖北汽車工業(yè)學(xué)院電氣工程系，湖北 十堰442002)

1 機(jī)床基本情況

EM5060 數(shù)控雕銑機(jī)床原控制系統(tǒng)為基于PMAC運(yùn)動(dòng)控制卡的工控機(jī)控制方案。為了能在該機(jī)床上實(shí)施國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的性能測(cè)試和比對(duì)等工作，特此將該機(jī)床改造為多系統(tǒng)切換控制的數(shù)控雕銑機(jī)床。新增2種國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)分別是華中數(shù)控系統(tǒng)和廣州數(shù)控系統(tǒng)，見(jiàn)圖1。本文將專門(mén)介紹廣州數(shù)控系統(tǒng)對(duì)EM5060雕銑機(jī)的控制方案。

2 基于廣州數(shù)控的EM5060 雕銑機(jī)床硬件控制方案

硬件方案采用廣數(shù)GSK218MC 數(shù)控裝置，匹配三洋交流伺服搭建半閉環(huán)控制系統(tǒng)，配置框圖見(jiàn)圖2。X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)軸配750 W 三洋伺服電動(dòng)機(jī)，最高轉(zhuǎn)速3000 r/min，增量編碼器2000 線/r。3 臺(tái)進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī)均經(jīng)過(guò)彈性聯(lián)軸器與滾珠絲杠相連，絲杠螺距均為5 mm。X、Y軸伺服電動(dòng)機(jī)無(wú)抱閘，型號(hào)P50B08075HS1J;Z軸伺服電動(dòng)機(jī)帶抱閘，型號(hào)P50B08075HCS1J;3 臺(tái)伺服電動(dòng)機(jī)均匹配三洋RS1A03AA 伺服驅(qū)動(dòng)器。主軸速度控制接口使用模擬量10 V 接口，配臺(tái)達(dá)VFD037V43A變頻器，所驅(qū)動(dòng)電主軸額定功率3 kW。機(jī)床側(cè)輸入輸出信號(hào)全部使用系統(tǒng)本地I/O，其中輸入60 點(diǎn)，輸出54點(diǎn)。除XS40～XS45 外，手輪接口XS22 和主軸控制接口XS23 中也有部分I/O。

3 進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)的連接與設(shè)定

GSK218MC 數(shù)控系統(tǒng)伺服接口XS30～XS32 分別與三洋伺服驅(qū)動(dòng)器CN1 接口相連，具體連接如圖3 所示。該伺服接口信號(hào)由三部分信號(hào)組成:①?gòu)臄?shù)控系統(tǒng)發(fā)給伺服驅(qū)動(dòng)器的“脈沖+方向”位置指令;②數(shù)控系統(tǒng)與伺服驅(qū)動(dòng)器間一般輸入輸出信號(hào)，如“伺服報(bào)警”、“伺服打開(kāi)”等信號(hào);③從三洋伺服驅(qū)動(dòng)器反饋給數(shù)控系統(tǒng)的編碼器1 轉(zhuǎn)脈沖信號(hào)。伺服驅(qū)動(dòng)器CN1(11)輸出編碼器1 轉(zhuǎn)脈沖信號(hào)是NPN 型集電極開(kāi)路輸出，但系統(tǒng)接收側(cè)XS30～XS32(3)的輸入接口類型是PNP 型，不匹配。故考慮增加1.5 K 上拉電阻，詳細(xì)接口連接如圖4 所示。

伺服驅(qū)動(dòng)器與伺服電動(dòng)機(jī)的連接參見(jiàn)圖5，該圖給出X軸驅(qū)動(dòng)器的連接，其它軸與之類似。驅(qū)動(dòng)器動(dòng)力電源采用三相200 V 交流電源，從CNA 之R、S、T 端子接入;驅(qū)動(dòng)器控制電源采用單相200 V 交流電源，從CNA之r、t 端子接入。驅(qū)動(dòng)器CN2 是編碼器反饋接口。

伺服硬件連接完成后，需要對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)和數(shù)控系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行匹配設(shè)定。三洋伺服驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)參數(shù)和一般參數(shù)的設(shè)定分別見(jiàn)表1 和表2。

廣數(shù)GSK218MC 參數(shù)主要是電子齒輪比的設(shè)定。其計(jì)算公式如下:

式中:L為絲杠導(dǎo)程，mm;ζ 為系統(tǒng)最小輸出單位，mm/脈沖;C為光電編碼器分辨率，線數(shù)/r;Zm為絲杠端齒輪齒數(shù);ZD為伺服電動(dòng)機(jī)端齒輪齒數(shù)。

齒輪比分子:參數(shù)P160～P162(X～Z軸)齒輪比分母:參數(shù)P165～P167(X～Z軸)

3 個(gè)基本軸絲杠導(dǎo)程均為5 mm;系統(tǒng)最小輸出單位為0.001 mm/脈沖;光電編碼器分辨率2000 線數(shù)/r;伺服電動(dòng)機(jī)與絲杠直聯(lián)，減速比1:1，則

因此參數(shù)P160～P162 =8;P165～P167 =5。

表1 三洋伺服驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定

表2 三洋伺服驅(qū)動(dòng)器一般參數(shù)設(shè)定

4 主軸驅(qū)動(dòng)的連接及設(shè)定

主軸驅(qū)動(dòng)使用10 V 模擬量接口，其連接如圖6所示。

(1)數(shù)控系統(tǒng)側(cè)主軸參數(shù)整定

P246 =12000:主軸1 檔最高轉(zhuǎn)速。當(dāng)系統(tǒng)指令S12000 時(shí)，XS23 主軸控制接口輸出10 V 模擬電壓。

P286 =1:主軸側(cè)齒輪齒數(shù)(1 檔齒輪)。

P290 =1:位置編碼器側(cè)齒輪齒數(shù)(1 檔齒輪)。

(2)臺(tái)達(dá)變頻器參數(shù)整定

P00 =01:主頻率輸入由模擬信號(hào)0～10 V 輸入(AVI)。

P01 = 01:01:運(yùn)轉(zhuǎn)指令由外部端子控制，鍵盤(pán)STOP 鍵有效。

P03 =400:最高操作頻率400 Hz。與10 V 模擬電壓對(duì)應(yīng)。

5 機(jī)床坐標(biāo)軸零點(diǎn)的建立

參數(shù)P6#1 =0:回零模式設(shè)定為擋塊后。

參數(shù)P6#6 =0:回零方式設(shè)定為有1 轉(zhuǎn)信號(hào)。機(jī)床回參考點(diǎn)的過(guò)程示意圖如圖7 所示，包括3 個(gè)階段:

①第一階段(L1):系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)械回零，坐標(biāo)軸往設(shè)定的回零方向移動(dòng)，距離為L(zhǎng)1，速度為參數(shù)P100～P102 設(shè)定值5000 mm/min，減速時(shí)間常數(shù)P352(全軸通用)設(shè)定值100 ms。

②第二階段(L2):當(dāng)回零開(kāi)關(guān)感應(yīng)到回零擋塊時(shí)回零減速信號(hào)G17.0～G17.2 有效，系統(tǒng)開(kāi)始減速至參數(shù)P342～P344 設(shè)定值200 mm/min，加減速時(shí)間常數(shù)P353(全軸通用)設(shè)定值100 ms。

③第三階段(L3):當(dāng)感應(yīng)開(kāi)關(guān)離開(kāi)回零擋塊時(shí)，系統(tǒng)馬上減速至參數(shù)P99 設(shè)定值20 mm/min，等待編碼器1 轉(zhuǎn)信號(hào)(nPC)，收到nPC 信號(hào)后系統(tǒng)停止，系統(tǒng)將該點(diǎn)D點(diǎn)作為機(jī)械零點(diǎn)，回零完成。

6 結(jié)語(yǔ)

采用廣州數(shù)控系統(tǒng)GSK218MC 實(shí)現(xiàn)EM5060 雕銑機(jī)床的控制，于2013 年7 月成功投入運(yùn)行。加之先前已投入運(yùn)行的PMC 運(yùn)動(dòng)控制卡和華中數(shù)控系統(tǒng)，至此完成整個(gè)多系統(tǒng)切換控制的數(shù)控雕銑機(jī)改造?，F(xiàn)總結(jié)如下:

①?gòu)V數(shù)GSK218MC 系統(tǒng)伺服控制接口采用脈沖序列方式，主軸控制接口采用10V 模擬量，均可以方便地與第三方伺服驅(qū)動(dòng)和主軸驅(qū)動(dòng)進(jìn)行連接和匹配。

②廣數(shù)GSK218MC 系統(tǒng)不提供遠(yuǎn)程I/O，只能使用系統(tǒng)本地I/O 模塊連接機(jī)床接口信號(hào)。

③廣數(shù)GSK218MC 系統(tǒng)支持PLC 梯形圖編程，調(diào)試非常方便。

④多系統(tǒng)實(shí)施切換時(shí)，需要對(duì)X/Y/Z坐標(biāo)軸伺服驅(qū)動(dòng)CN1 接口、主軸驅(qū)動(dòng)、手輪、機(jī)床強(qiáng)電輸入輸出回路進(jìn)行切換。切換均通過(guò)接插件實(shí)現(xiàn)。

［1］廣州數(shù)控設(shè)備有限公司. GSK218MC 系列加工中心數(shù)控系統(tǒng)安裝與連接手冊(cè)［Z］. 2012.

［2］廣州數(shù)控設(shè)備有限公司. GSK218MC 系列加工中心數(shù)控系統(tǒng)編程與操作手冊(cè)［Z］. 2012.

［3］中達(dá)電通股份有限公司. VFD-M 使用手冊(cè)［Z］. 2008.

［4］SANYO DENKI. R 系列伺服驅(qū)動(dòng)器說(shuō)明書(shū)［Z］. 2007.