基于KND數(shù)控系統(tǒng)的主軸倍率PMC控制研究

龍勇云

（珠海城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，廣東 珠海 519090）

0 引言

在高速、高精、高質(zhì)量發(fā)展的今天，數(shù)控機(jī)床已成為高端制造業(yè)的重要組成部分。數(shù)控機(jī)床的維修、維護(hù)和升級(jí)改造也成為了一個(gè)重要課題。而數(shù)控系統(tǒng)中的PMC模塊控制著數(shù)控機(jī)床的主軸倍率、進(jìn)給倍率、快速倍率、急停、潤(rùn)滑、冷卻、加工中心換刀、排屑等重要功能。國(guó)內(nèi)學(xué)者雷楠南［1－2］對(duì)FANUC0iD數(shù)控系統(tǒng)的工作方式、手輪倍率進(jìn)行了編程研究；趙長(zhǎng)明等［3］對(duì)FANUC進(jìn)給倍率進(jìn)行了編程研究；王文江等［4］分析了華中數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床進(jìn)給速度的調(diào)節(jié)及其控制方法；張紅梅［5］分析了數(shù)控機(jī)床的8種操作模式以及PMC如何進(jìn)行編程可使機(jī)床處于當(dāng)前需要的工作狀態(tài)。還有一些對(duì)安全門(mén)防護(hù)、車(chē)床刀架如何實(shí)現(xiàn)換刀控制以及數(shù)控系統(tǒng)信號(hào)顯示的研究［6－8］。

KND（凱恩帝）數(shù)控系統(tǒng)、廣州數(shù)控系統(tǒng)和華中數(shù)控系統(tǒng)都是優(yōu)秀的國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)，在大力弘揚(yáng)自主創(chuàng)新、發(fā)展自有品牌的大背景下，對(duì)國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的研究、應(yīng)用以及對(duì)國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的升級(jí)改造顯得越來(lái)越重要。主軸倍率控制是數(shù)控系統(tǒng)的一個(gè)重要功能，本文以主軸倍率控制為例，詳細(xì)講解如何實(shí)現(xiàn)基于KND數(shù)控系統(tǒng)的主軸倍率控制。

1 數(shù)控系統(tǒng)PMC信號(hào)介紹

所謂PMC（Programmable Machine Controller）就是利用內(nèi)置在CNC的PC（Programmable Controller）執(zhí)行機(jī)床的順序控制的可編程機(jī)床控制器。數(shù)控機(jī)床的順序控制有主軸正反轉(zhuǎn)、換刀、冷卻、潤(rùn)滑、照明、排屑等。數(shù)控機(jī)床順序控制處理的信號(hào)都為開(kāi)關(guān)量。

數(shù)控機(jī)床分為NC側(cè)（系統(tǒng)側(cè)）和MT側(cè)（機(jī)床側(cè)）兩大部分。NC側(cè)包括CNC系統(tǒng)的硬件和軟件，以及與CNC系統(tǒng)連接的外圍設(shè)備，如顯示器、MDI面板等。MT側(cè)則包括機(jī)床機(jī)械部分及其冷卻、潤(rùn)滑、排屑等輔助裝置，以及機(jī)床操作面板、繼電器電路、機(jī)床強(qiáng)電電路等。

數(shù)控系統(tǒng)的信號(hào)交換以PMC為中心，CNC、PMC和MT之間的信號(hào)交換如圖1所示。G信號(hào)是PMC發(fā)給CNC的信號(hào)，主要是使CNC改變或執(zhí)行某種運(yùn)行的控制信號(hào)，在KND系統(tǒng)中如G27.4表示急停信號(hào)，G27.5表示進(jìn)給保持。F信號(hào)是CNC發(fā)給PMC的信號(hào)，主要反映CNC運(yùn)行狀態(tài)或運(yùn)行結(jié)果的信號(hào)，比如F0.5表示循環(huán)啟動(dòng)，F(xiàn)0.6表示伺服準(zhǔn)備好。X信號(hào)是MT發(fā)給PMC的信號(hào)，主要是機(jī)床操作面板。按鈕或其他行程開(kāi)關(guān)等的輸入信號(hào)，如急停按鈕信號(hào)，行程開(kāi)關(guān)信號(hào)。Y信號(hào)是PMC發(fā)給MT的信號(hào)，主要是機(jī)床執(zhí)行元件的控制信號(hào)，以及狀態(tài)和報(bào)警指示等，如照明輸出，冷卻液，主軸松刀。PMC中也有R、T、C、D、K等繼電器，R表示內(nèi)部繼電器，T表示計(jì)時(shí)器，C表示計(jì)數(shù)器，D表示數(shù)據(jù)寄存器，K表示保持繼電器，K參數(shù)可以人為設(shè)定，一般用來(lái)屏蔽或選通某種信號(hào)。

圖1 CNC、PMC和MT間的信號(hào)關(guān)系

2 主軸倍率PMC編程輸入、輸出信號(hào)分析

在KND數(shù)控系統(tǒng)中，主軸倍率有50%、60%、70%、80%、90%、100%、110%和120%總共8種，機(jī)床主軸實(shí)際轉(zhuǎn)速等于設(shè)定轉(zhuǎn)速乘以倍率。根據(jù)實(shí)際加工狀態(tài)可以適時(shí)調(diào)整倍率，以保證加工質(zhì)量。那么數(shù)控系統(tǒng)在工作時(shí)到底處于何種倍率，如何使旋鈕旋至50%主軸倍率就減少一半，這主要是由G信號(hào)中的G10決定。信號(hào)G10占用1個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)單元，1個(gè)字節(jié)有8位，每一位要么是0，要么是1。G10的低三位的組合有8種，二進(jìn)制000到111，而主軸倍率剛好也是8種。所以，用G10后三位的狀態(tài)來(lái)對(duì)應(yīng)不同的主軸倍率，如當(dāng)G10的后三位組合是000時(shí)，對(duì)應(yīng)的主軸倍率是100%，當(dāng)G10后三位組合是101時(shí)，對(duì)應(yīng)的主軸倍率是120%，詳細(xì)的G10后三位不同組合對(duì)應(yīng)不同的主軸倍率如圖2所示，其中助記符SOVA、SOVB、SOVC分別表示 G10.0、G10.1、G10.2。在數(shù)控機(jī)床操作面板上有個(gè)旋鈕開(kāi)關(guān)，這個(gè)旋鈕開(kāi)關(guān)就是一個(gè)輸入信號(hào)X，本文中假設(shè)使用的輸入信號(hào)是X20，主軸倍率旋鈕開(kāi)關(guān)也有50%至120%共8個(gè)不同位置狀態(tài)，每個(gè)狀態(tài)用二進(jìn)制000、001、010、011、100、101、110、111表示，即用十進(jìn)制的0至7表示，如圖3所示。當(dāng)旋鈕開(kāi)關(guān)旋至50%位置時(shí)，X20低三位狀態(tài)是000；當(dāng)旋鈕開(kāi)關(guān)旋至60%時(shí)，X20低三位狀態(tài)是001。但是，如何建立起輸入信號(hào)X20與倍率控制信號(hào)G10之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系就成為了一個(gè)需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題。

圖2 G10主軸倍率定義

圖3 輸入信號(hào)X定義

3 主軸倍率PMC編程

分析主軸倍率控制過(guò)程，當(dāng)旋鈕開(kāi)關(guān)旋至相應(yīng)的倍率，數(shù)控機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速即為設(shè)定轉(zhuǎn)速乘以相應(yīng)的倍率，從而實(shí)現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)速的增大或減小。即當(dāng)旋鈕旋至50%時(shí)，X20的低三位輸入為000，G10低三位為111；當(dāng)旋鈕旋至60%時(shí)，X20的低三位輸入為001，G10低三位為110；當(dāng)旋鈕旋至70%時(shí)，X20的低三位輸入為010，G10低三位為010；當(dāng)旋鈕旋至80%時(shí)，X20的低三位輸入為011，G10低三位為011；當(dāng)旋鈕旋至90%時(shí)，X20的低三位輸入為100，G10低三位為001；當(dāng)旋鈕旋至100%時(shí)，X20的低三位輸入為101，G10低三位為000；當(dāng)旋鈕旋至110%時(shí)，X20的低三位輸入為110，G10低三位為100；當(dāng)旋鈕旋至120%時(shí)，X20的低三位輸入為111，G10低三位為101。進(jìn)一步分析，也就是當(dāng)X20的低三位為0、1、2、3、4、5、6、7時(shí)，G10的低三位對(duì)應(yīng)為7、6、2、3、1、0、4、5。本文中，使用COD代碼變換指令來(lái)建立X20與G10之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，主軸倍率PMC控制程序如圖4所示。PMC程序中，R0.1表示一個(gè)恒1信號(hào)，R0.0表示恒0信號(hào)。程序第一行將X20的值賦給中間寄存器R100。程序第二行是整個(gè)控制程序的關(guān)鍵點(diǎn)，這一步實(shí)現(xiàn)的是 R100為0、1、2、3、4、5、6、7時(shí)，R120對(duì)應(yīng)為7、6、2、3、1、0、4、5。程序第三行使用邏輯乘將 G10低三位清零，方便第四行執(zhí)行邏輯或。程序第四行使用邏輯或?qū)120的值映射給G10。綜上所述，當(dāng)旋鈕旋至50%時(shí)，當(dāng)X20等于0，G10等于7，從而實(shí)現(xiàn)了主軸倍率的控制。最后使用KND PLC軟件將程序?qū)懭霐?shù)控系統(tǒng)，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，能夠?qū)崿F(xiàn)主軸倍率控制。

圖4 主軸倍率PMC控制程序

4 結(jié)論

本文通過(guò)分析KND數(shù)控系統(tǒng)主軸倍率控制信號(hào)G10與輸入信號(hào)X，通過(guò)編制PMC程序，建立起倍率旋鈕X輸入信號(hào)與主軸倍率G信號(hào)之間的對(duì)應(yīng)控制關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)了機(jī)床主軸倍率PMC控制，為數(shù)控機(jī)床維修、調(diào)試和升級(jí)改造打下了基礎(chǔ)。