基于GSK980TDb系統(tǒng)改造的經(jīng)濟(jì)型車銑復(fù)合機(jī)床動(dòng)力刀座實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)速控制

趙 巍

(沈陽機(jī)床沈一車床廠技術(shù)部，遼寧沈陽110142)

廣州數(shù)控生產(chǎn)的GSK 980TDb車床數(shù)控系統(tǒng)為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)，可進(jìn)行X、Y、Z三軸控制，性價(jià)比很高。其Y軸可由系統(tǒng)參數(shù)定義為C軸，通過GSK 980TDb內(nèi)嵌PLC可對(duì)機(jī)床主軸的工作方式進(jìn)行切換(S軸或C軸);適配GSK DAP03主軸伺服驅(qū)動(dòng)單元及ZJY系列主軸伺服電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)速控制及位置控制(主軸連續(xù)精確分度)。但此型號(hào)數(shù)控系統(tǒng)只有一路0～+10 V的模擬電壓輸出，不能同時(shí)對(duì)主軸及動(dòng)力刀座進(jìn)行控制。

1 解決方案

只要能解決動(dòng)力刀座的轉(zhuǎn)速控制問題，才能實(shí)現(xiàn)使用GSK980TDb系統(tǒng)的車床改造成車銑復(fù)合機(jī)床。高性能的車削中心中的動(dòng)力刀座是由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)指令給伺服放大器對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制的，為了降低生產(chǎn)成本，在改造過程中，選用變頻器加三相異步電動(dòng)機(jī)對(duì)動(dòng)力刀座進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制，如果能獲得第二路0～+10 V的模擬電壓輸出就可以解決動(dòng)力刀座的轉(zhuǎn)速控制問題。

隨著數(shù)字技術(shù)，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展與普及，在現(xiàn)代控制、通信及檢測(cè)領(lǐng)域中，對(duì)信號(hào)的處理廣泛采用了數(shù)字計(jì)算機(jī)技術(shù)。由于系統(tǒng)的實(shí)際處理對(duì)象往往都是一些模擬量(如溫度、壓力、位移、圖像等)，要使計(jì)算機(jī)或數(shù)字儀表能識(shí)別和處理這些信號(hào)，必須首先將這些模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào);而經(jīng)計(jì)算機(jī)分析、處理后輸出的數(shù)字量往往也需要將其轉(zhuǎn)換成為相應(yīng)的模擬信號(hào)才能為執(zhí)行機(jī)構(gòu)所接收。這樣，就需要一種能在模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)之間起橋梁作用的電路——模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路。

能將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的電路，稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器(簡(jiǎn)稱A/D轉(zhuǎn)換器);而將能把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)的電路稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換器(簡(jiǎn)稱D/A轉(zhuǎn)換器)。A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中不可缺少的接口電路。

通過D/A轉(zhuǎn)換器不難獲得0～+10 V的模擬電壓。D/A轉(zhuǎn)換器輸入的數(shù)字量是由二進(jìn)制編碼按數(shù)位組合起來表示的，數(shù)控系統(tǒng)只要將指令轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制編碼并輸出給D/A轉(zhuǎn)換器，就可以獲得0～+10 V的模擬電壓。要實(shí)現(xiàn)以上控制，必須考慮以下3個(gè)問題:

1.1 如何指令動(dòng)力刀座速度?

在GSK 980TDb數(shù)控系統(tǒng)中，指令速度的指令字“S”已用于指令主軸速度，其他的指令字均不能用于指定速度。GSK 980TDb提供了類似于高級(jí)語言的用戶宏編碼，用戶宏編碼可以實(shí)現(xiàn)變量賦值、算術(shù)運(yùn)算、邏輯判斷及條件轉(zhuǎn)移等控制;變量用符號(hào)“#”+變量號(hào)來指定，如100號(hào)宏變量:#100;可直接用“=”號(hào)來給變量賦值，如用100號(hào)宏變量來指定動(dòng)力刀座的轉(zhuǎn)速為500r/min:#100=500，直觀方便。

1.2 如何將指令轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)據(jù)編碼?

根據(jù)D/A轉(zhuǎn)換器的工作原理“D/A轉(zhuǎn)換器由電阻陣列和n個(gè)電壓開關(guān)構(gòu)成，按二進(jìn)制數(shù)字輸入值切換開關(guān)，產(chǎn)生比例于輸入數(shù)值的電壓，按數(shù)字輸入值切換開關(guān)，產(chǎn)生比例于輸入的電流(或電壓)。數(shù)字量是用代碼按數(shù)位組合起來表示的，對(duì)于有權(quán)碼，每位代碼都有一定的權(quán)。為了將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，必須將每1位的代碼按其權(quán)的大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后將這些模擬量相加，即可得到與數(shù)字量成正比的總模擬量，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)字—模擬轉(zhuǎn)換。這就是構(gòu)成D/A轉(zhuǎn)換器的基本思路”可知，只要我們將動(dòng)力刀座要求的調(diào)速范圍(0至最高轉(zhuǎn)速)平均分為255段(選用8位D/A轉(zhuǎn)換器時(shí))，算出每段的轉(zhuǎn)速值，再用指令轉(zhuǎn)速除以每段轉(zhuǎn)速值，然后四舍五入取整，就可以將指令轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成D/A轉(zhuǎn)換器所需的二進(jìn)制數(shù)值。

圖1所示是D/A轉(zhuǎn)換器的輸入、輸出關(guān)系框圖，D0～Dn－1是輸入的n位二進(jìn)制數(shù)，vo是與輸入二進(jìn)制數(shù)成比例的輸出電壓。

圖2所示是一個(gè)輸入為3位二進(jìn)制數(shù)時(shí)D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換特性，它具體而形象地反映了D/A轉(zhuǎn)換器的基本功能。

1.3 如何將此二進(jìn)制數(shù)據(jù)編碼輸出至D/A轉(zhuǎn)換器?

在GSK980TDb數(shù)控系統(tǒng)中，1132號(hào)宏變量數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)數(shù)控系統(tǒng)F54、F55兩字節(jié)的信號(hào)狀態(tài)，且F54、F55兩字節(jié)的信號(hào)可被PLC讀取，這樣，我們把宏程序的運(yùn)算結(jié)果送到1132號(hào)宏變量中，再由PLC讀取1132號(hào)宏變量中的數(shù)據(jù)，處理后通過數(shù)控系統(tǒng)的I/O接口輸出八位二進(jìn)制數(shù)據(jù)編碼至D/A轉(zhuǎn)換器，就可以獲得控制變頻器調(diào)速所需的0～+10 V的模擬電壓。

2 宏程序與PLC

假設(shè)要求轉(zhuǎn)速為500 r/min，最高轉(zhuǎn)速2 000 r/min。宏程序:

PLC如梯形圖如圖3。

3 結(jié)語

該方案可以使之前使用GSK980TDb系列的數(shù)控臥車改造成車銑復(fù)合機(jī)床，用此方案解決了該款系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)對(duì)動(dòng)力刀座實(shí)現(xiàn)了“無級(jí)調(diào)速”，不僅提高了零件加工企業(yè)的生產(chǎn)效率，同時(shí)也讓使用該款系統(tǒng)的數(shù)控臥車在想使用動(dòng)力刀座時(shí)無需重新更換系統(tǒng)，從而降低了加工企業(yè)的成本。