凱恩帝K100Ti－D數(shù)控系統(tǒng)的調(diào)試

■山西百一機(jī)械設(shè)備制造有限公司 （太原 030003） 張晉宏

凱恩帝K100Ti－D數(shù)控系統(tǒng)的調(diào)試

■山西百一機(jī)械設(shè)備制造有限公司 （太原 030003） 張晉宏

摘要：本文主要闡述了凱恩帝K100Ti-D數(shù)控系統(tǒng)的連接與調(diào)試，介紹了進(jìn)給驅(qū)動(dòng)器、主軸、手搖脈沖發(fā)生器、電子齒輪比、機(jī)械零點(diǎn)、進(jìn)給軸限位、反向齒輪間隙補(bǔ)償和機(jī)床參數(shù)的存盤等相關(guān)內(nèi)容的連接、設(shè)置與操作。

K100Ti-D是北京凱恩帝數(shù)控技術(shù)有限責(zé)任公司針對中國國情開發(fā)生產(chǎn)的新一代兩軸聯(lián)動(dòng)經(jīng)濟(jì)型車床用數(shù)控系統(tǒng)。

1. 凱恩帝K100Ti-D數(shù)控系統(tǒng)的調(diào)試

凱恩帝K100Ti-D數(shù)控系統(tǒng)有豐富的接口用以外接進(jìn)給驅(qū)動(dòng)器、模擬主軸變頻器、主軸編碼器、手搖脈沖發(fā)生器、RS232C串行接口及PLC I/O等外部設(shè)備。具體連接情況如圖1所示。

K100Ti-D數(shù)控系統(tǒng)的PLC程序已經(jīng)由凱恩帝公司編輯完成，用戶不需要自行編寫。K100Ti-D數(shù)控系統(tǒng)的調(diào)試主要是機(jī)床參數(shù)的調(diào)整。

圖1　凱恩帝K100Ti-D數(shù)控系統(tǒng)的硬件連接

2. 進(jìn)給驅(qū)動(dòng)器連接與調(diào)試

凱恩帝K100Ti-D數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)器接口XS51、XS52既可以接步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，也可以接伺服驅(qū)動(dòng)器。與之兼容的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器有KND-BD3H、KNDBD3L、KND-BD3D及KNDBD3S等系列步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器；兼容的伺服驅(qū)動(dòng)器有日本安川Σ系列、松下MINAS-A/A4系列及凱恩帝SD100、SD200系列伺服驅(qū)動(dòng)器等。

接伺服驅(qū)動(dòng)器時(shí)，應(yīng)將系統(tǒng)主板上的設(shè)定開關(guān)SA1、SA2設(shè)為ON狀態(tài)，將SA3設(shè)定開關(guān)的1 -2端子置為ON。接步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器時(shí)，將SA1、SA2設(shè)為OFF狀態(tài)，將SA3設(shè)定開關(guān)的2-3端子置為ON。驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)指令為雙脈沖形式時(shí)，應(yīng)將系統(tǒng)主板上的設(shè)定開關(guān)SA4設(shè)為ON狀態(tài)；驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)指令為脈沖+方向形式時(shí)，將SA4設(shè)為OFF狀態(tài)。

連接K100Ti-D和驅(qū)動(dòng)器。依據(jù)具體的驅(qū)動(dòng)器種類，調(diào)整系統(tǒng)主板上的設(shè)定開關(guān)S A1、SA2、SA3和SA4。接通K100Ti -D系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)器的電源后，若數(shù)控系統(tǒng)顯示器屏幕上有驅(qū)動(dòng)報(bào)警，而相應(yīng)驅(qū)動(dòng)器屏幕上無報(bào)警，可調(diào)整參數(shù)P002位參數(shù)DAL：驅(qū)動(dòng)器報(bào)警電平選擇，然后按系統(tǒng)復(fù)位鍵即可消除報(bào)警。

進(jìn)給驅(qū)動(dòng)器本身的參數(shù)設(shè)置隨所選驅(qū)動(dòng)器種類的不同而不同，但必須注意以下幾點(diǎn)：驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)指令形式參數(shù)的設(shè)置應(yīng)與K100Ti-D相同；驅(qū)動(dòng)器加速時(shí)間常數(shù)與減速時(shí)間常數(shù)應(yīng)設(shè)為0；為保證進(jìn)給軸聯(lián)合插補(bǔ)時(shí)具有相同的跟蹤性能，各驅(qū)動(dòng)器速度環(huán)比例增益、速度環(huán)積分時(shí)間常數(shù)及位置環(huán)比例增益等應(yīng)設(shè)為相同的數(shù)值。

3. 主軸的連接與調(diào)試

K100Ti-D支持兩種類型的主軸：開關(guān)量控制的有級變速主軸和變頻器控制的無級變速主軸，即模擬主軸。設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)P004的位參數(shù)SANG=0，激活開關(guān)量控制的有級變速主軸；反之，SANG=1，激活模擬主軸。

指令有級變速主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，在PLC接口XS50中輸出主軸正傳信號M03或反轉(zhuǎn)信號M04，通過中間繼電器帶動(dòng)接觸器來使主軸

電動(dòng)機(jī)向相應(yīng)方向旋轉(zhuǎn)。有級變速主軸的變擋是通過在加工程序中分別指令S01～S04，PLC附加輸出接口XS57可直接輸出SO1～SO4主軸4擋變速信號，輸往機(jī)床強(qiáng)電柜執(zhí)行主軸變擋。系統(tǒng)不檢測變擋的完成情況，執(zhí)行S00指令時(shí)，關(guān)閉S01～S04的輸出。

模擬主軸時(shí)，主軸旋轉(zhuǎn)指令的輸出與有級變速主軸相同。不過，XS50接口中M03、M04信號吸動(dòng)的中間繼電器，其觸點(diǎn)是輸往變頻器的數(shù)字輸入部分，用以指令變頻器正傳或反轉(zhuǎn)。加工程序中用地址S+4位數(shù)值，直接指定主軸的轉(zhuǎn)速（r/min）。作為結(jié)果，在主軸模擬輸出接口XS56中輸出相應(yīng)的0～10V電壓，輸往變頻器的頻率給定。

模擬主軸的換擋分為自動(dòng)換擋與手動(dòng)換擋兩種情形。設(shè)定機(jī)床參數(shù)P036的位參數(shù)AGER=1，選擇自動(dòng)換擋機(jī)能。加工程序中M41指令選擇主軸1擋，M42指令選擇主軸2擋。換擋指令發(fā)出時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)M41或M42指令在PLC輸出接口XS57中輸出M41O 或M42O信號。M41O或M42O信號輸往機(jī)床強(qiáng)電柜去執(zhí)行主軸變擋。K100Ti-D檢測PLC輸入接口XS54中傳回的變擋結(jié)束信號M41I或M42I。相應(yīng)的變擋完成信號到來后，變擋結(jié)束。

設(shè)置機(jī)床參數(shù)P036的位參數(shù)AGER=0、P043位參數(shù)JGER=1時(shí)，激活模擬主軸手動(dòng)換擋功能。主軸同樣有兩個(gè)擋位可以選擇。所不同的是，換擋不是在加工程序中選擇，而是由PLC輸入信號M42I進(jìn)行選擇。M42I=0時(shí)，選擇主軸1擋，M42I=1時(shí)，選擇主軸2擋。變擋的其余過程與自動(dòng)換擋時(shí)相同，在此不再詳述。

4. 連接手搖脈沖發(fā)生器

XS55接口為手搖脈沖發(fā)生器接口。將機(jī)床參數(shù)P004位參數(shù)HPG設(shè)定為1，即可激活手搖脈沖發(fā)生器。

5. 設(shè)置電子齒輪比

通過設(shè)置電子齒輪比，當(dāng)不同螺距的絲杠與不同步距角的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或者裝有不同線數(shù)編碼器的伺服電動(dòng)機(jī)配合，并通過不同變速齒輪聯(lián)結(jié)時(shí)，可以使編程距離與實(shí)際運(yùn)動(dòng)距離保持一致。

機(jī)床參數(shù)P005定義X軸電子齒輪分子；P006定義Z軸電子齒輪分子；P007定義X軸電子齒輪分母；P008定義Z軸電子齒輪分母。對于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來說：電子齒輪分子/電子齒輪分母=（360/ a）×L×100×c，其中，a為步距角（°）；L為電動(dòng)機(jī)一轉(zhuǎn)對應(yīng)的機(jī)床移動(dòng)量（mm）；c正常為1，X軸并且為直徑編程時(shí)，設(shè)定為2。

對于伺服電動(dòng)機(jī)來說：電子齒輪分子/電子齒輪分母=（P/ L）×1 000×c，其中，P為電動(dòng)機(jī)一轉(zhuǎn)對應(yīng)的反饋脈沖數(shù)；L為電動(dòng)機(jī)一轉(zhuǎn)對應(yīng)的機(jī)床移動(dòng)量（mm）；c正常為1，X軸并且為直徑編程時(shí)，設(shè)定為2。

例如X軸伺服系統(tǒng)選用KND SD200=30，電動(dòng)機(jī)軸與工作臺之間接有減速箱，減速箱的減速比為1∶7，工作臺絲杠螺距6mm，直徑編程。對凱恩帝伺服驅(qū)動(dòng)來說，標(biāo)配電動(dòng)機(jī)的編碼器是2 500脈沖/轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)器內(nèi)有4倍頻電路，所以P=4×2 500=10 000，L=絲杠螺距×減速箱減速比=6/7mm，則電子齒輪比為：電子齒輪分子/電子齒輪分母=P/L×1 000×c=10 000/[6/7× （1 000×2）]=35/6，則相應(yīng)的機(jī)床參數(shù)為：P005=35；P007=6。

6. 機(jī)械零點(diǎn)的設(shè)置

K100Ti-D系統(tǒng)有兩種常用的回機(jī)械零點(diǎn)的方法。一種是安裝有機(jī)械回零減速開關(guān)的回零方式，稱為回零方式B；另一種沒有安裝機(jī)械回零開關(guān)，稱為回零方式A。

設(shè)定機(jī)床參數(shù)P002位ZRSZ/ X=1、ZCZ/X=0，選擇回零方式B。回零開始后，工作臺以參數(shù)P004位ZMZ/X指定的回零方向、以參數(shù)P009（X軸）或P010（Z軸）指定的快速移動(dòng)速度向機(jī)械回零減速開關(guān)的方向運(yùn)動(dòng)。此后，K100Ti-D數(shù)控系統(tǒng)開始檢測PLC接口中的回零減速開關(guān)信號*DECX（X軸）、*DECZ（Z軸）的狀態(tài)。當(dāng)檢測到*DECX或*DECZ信號的下降沿時(shí)，工作臺速度下降為由參數(shù)P027指定的低速。當(dāng)減速開關(guān)釋放，減速信號觸點(diǎn)重新閉合，系統(tǒng)開始檢測編碼器零位信號PC。檢測到PC信號的下降沿后，運(yùn)動(dòng)停止，同時(shí)機(jī)床坐標(biāo)值清零，返回參考點(diǎn)操作結(jié)束。

回零方式A的機(jī)械零點(diǎn)，也稱為浮動(dòng)機(jī)械零點(diǎn)。這時(shí)，應(yīng)設(shè)置機(jī)床參數(shù)P002位ZRSZ/X=0。設(shè)置過程是：在手動(dòng)方式下，將機(jī)床軸移至擬定的機(jī)床零點(diǎn)位置，按著操作面板上的【取消】鍵不放，再按相應(yīng)軸的地址鍵

（如X鍵或Z鍵），則相應(yīng)軸的機(jī)床坐標(biāo)值被清零，該點(diǎn)被設(shè)定為該軸的浮動(dòng)機(jī)械零點(diǎn)。浮動(dòng)機(jī)械零點(diǎn)設(shè)置好后，應(yīng)在手動(dòng)方式下將該軸沿反方向移開后，進(jìn)行一次回零操作，浮動(dòng)機(jī)械零點(diǎn)才能正式生效。回零點(diǎn)時(shí)，工作臺以參數(shù)P004位ZMZ/X指定的回零方向、以參數(shù)P009（X軸）或P010 （Z軸）指定的快速移動(dòng)速度運(yùn)動(dòng)到浮動(dòng)機(jī)械零點(diǎn)位置，相應(yīng)軸的機(jī)床坐標(biāo)值被清零，返回參考點(diǎn)操作結(jié)束。

浮動(dòng)機(jī)械零點(diǎn)設(shè)置完成后，以后系統(tǒng)送電重啟，不再需要回機(jī)械零點(diǎn)的操作，系統(tǒng)可以再現(xiàn)上次斷電后各軸的坐標(biāo)值?；亓惴绞紹的回機(jī)械零點(diǎn)方式，系統(tǒng)送電重啟，只有進(jìn)行了回機(jī)械零點(diǎn)的操作后，數(shù)控系統(tǒng)才能建立起有效的坐標(biāo)系統(tǒng)。

7. 設(shè)置進(jìn)給軸軟、硬限位

調(diào)試至此時(shí)，進(jìn)給軸已經(jīng)可以自由開動(dòng)，機(jī)床坐標(biāo)系也已經(jīng)建立。但是，出于安全的考慮，除了應(yīng)為各進(jìn)給軸設(shè)置硬限位開關(guān)外，還應(yīng)設(shè)置軟件限位。

在PLC附加輸入接口XS54中接入硬限位信號*LMZ/X、*LPZ/ X，并設(shè)置機(jī)床參數(shù)P001的位參數(shù)MOT=0，以激活硬限位開關(guān)。

回參考點(diǎn)操作完成后，在手動(dòng)方式下移動(dòng)相應(yīng)軸正反兩個(gè)方向至接近硬限位開關(guān)處，記住相應(yīng)的坐標(biāo)值，將+X方向的軟極限坐標(biāo)值寫入?yún)?shù)P015中，將-X方向的坐標(biāo)值寫入?yún)?shù)P017中，將+Z方向的坐標(biāo)值寫入?yún)?shù)P016中，將-Z方向的坐標(biāo)值寫入?yún)?shù)P018中。

8. 進(jìn)給軸反向齒輪間隙補(bǔ)償

進(jìn)給軸反向齒輪間隙的補(bǔ)償，隨進(jìn)給驅(qū)動(dòng)器選擇步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器還是伺服驅(qū)動(dòng)器，以及驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)指令為雙脈沖形式還是單脈沖形式的不同，相應(yīng)的機(jī)床參數(shù)設(shè)置也是不同的。若選擇伺服驅(qū)動(dòng)器，應(yīng)設(shè)置機(jī)床參數(shù)P001位參數(shù)CPF4、CPF3、CPF2、CPF1=1100，參數(shù)P003位參數(shù)BDEC、BD8、RVDL=000。若選擇步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，則參數(shù)P001位參數(shù)CPF4、CPF3、CPF2、CPF1=0000，參數(shù)P003位參數(shù)BDEC、BD8、RVDL=111。若驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)指令為單脈沖形式，應(yīng)設(shè)置機(jī)床參數(shù)P003位參數(shù)KSGN=1，若選擇雙脈沖形式，此參數(shù)無意義。

上述參數(shù)設(shè)置完畢后，在相應(yīng)進(jìn)給軸上安裝千分表，在手輪狀態(tài)下移動(dòng)進(jìn)給軸至壓上千分表，將千分表和顯示器屏幕上該軸坐標(biāo)值同時(shí)清零。在手輪的×1擋狀態(tài)下，將該軸反向移動(dòng)10mm，然后再向千分表方向運(yùn)動(dòng)至千分表歸零。記住顯示器屏幕上該軸坐標(biāo)值歸零與千分表歸零的次序與兩次歸零之間的差值。若該軸坐標(biāo)值先歸零，則相應(yīng)的反向齒輪間隙補(bǔ)償值為正值，反之為負(fù)值。對于X軸，將該值寫入機(jī)床參數(shù)P011中，對于Z軸，將該值寫入機(jī)床參數(shù)P012中。

9. 機(jī)床參數(shù)的存盤

K100Ti-D系統(tǒng)標(biāo)配一個(gè)電子盤，電子盤為非易失性存儲(chǔ)器。使用電子盤可以備份系統(tǒng)當(dāng)前的用戶數(shù)據(jù)。當(dāng)電池不足或由于其他原因使電池保持的數(shù)據(jù)丟失時(shí)，可迅速將保存在電子盤內(nèi)的數(shù)據(jù)讀入，使加工程序、機(jī)床參數(shù)等數(shù)據(jù)恢復(fù)。電子盤有6個(gè)區(qū)，系統(tǒng)當(dāng)前的數(shù)據(jù)可以存在任何一個(gè)區(qū)中，也可從任一個(gè)區(qū)讀取數(shù)據(jù)作為當(dāng)前使用的數(shù)據(jù)。

機(jī)床參數(shù)調(diào)試完后，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行一次存盤。操作如下：顯示程序畫面，選擇編輯方式，依次按操作面板上的【N】鍵、數(shù)字鍵【1】、【存盤/復(fù)制】鍵，即可將數(shù)據(jù)存入電子盤的1區(qū)。若機(jī)床參數(shù)丟失、損壞，要將電子盤1區(qū)中的數(shù)據(jù)讀入工作區(qū)，操作如下：開機(jī)時(shí)同時(shí)按操作面板上的【插入】鍵+【1】鍵，開機(jī)后按【RESET】鍵即可完成。

10. 結(jié)語

K100Ti-D數(shù)控系統(tǒng)的技術(shù)性能指標(biāo)可以滿足目前我國工礦企業(yè)大多數(shù)情況下臥式車床或立式車床的數(shù)控化改造要求。工程實(shí)踐中普遍遇到的精確進(jìn)給與定位、兩軸插補(bǔ)等技術(shù)問題，通過選擇K100Ti-D，都可以迎刃而解。同時(shí)，與進(jìn)口數(shù)控系統(tǒng)的同類產(chǎn)品相比，K100Ti-D的調(diào)試不需要調(diào)試軟件來進(jìn)行NC系統(tǒng)的初始化和編寫PLC用戶程序。筆者的工程實(shí)踐證明，應(yīng)用本文介紹的方法和次序進(jìn)行相應(yīng)的機(jī)床參數(shù)的設(shè)定，即可完成數(shù)控系統(tǒng)的調(diào)試過程。

參考文獻(xiàn)：

[1] 龔仲華.交流伺服與變頻器應(yīng)用技術(shù)（安川篇）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

收稿日期：（20141207）