王紅亮 徐秀玲 趙國濤
(①中捷機(jī)床有限公司,遼寧沈陽110141;②沈陽工程學(xué)院,遼寧沈陽 110041)
菲迪亞C系列數(shù)控系統(tǒng)機(jī)床是一種高精度、高效率的自動(dòng)化設(shè)備。該系列機(jī)床具有兩套測量反饋系統(tǒng)[1],一套是由伺服電動(dòng)機(jī)及編碼器構(gòu)成的半閉環(huán)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對速度控制;另一套由光柵尺構(gòu)成的全閉環(huán)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對位置的控制。
在數(shù)控機(jī)床的制造及使用周期中,兩種測量反饋系統(tǒng)經(jīng)常需要進(jìn)行手動(dòng)切換實(shí)現(xiàn)位置控制,切換時(shí)不僅需要單獨(dú)運(yùn)行BRUCO軟件,進(jìn)行驅(qū)動(dòng)部分參數(shù)的設(shè)置,而且還要在用戶操作界面下設(shè)置軸參數(shù),激活相應(yīng)的補(bǔ)償數(shù)據(jù),進(jìn)行數(shù)控系統(tǒng)的初始化[2]。以上手動(dòng)切換過程繁瑣,極易出錯(cuò),通常要求具有豐富經(jīng)驗(yàn)的調(diào)試、維護(hù)人員進(jìn)行操作[3]。為了提高工作效率,實(shí)現(xiàn)測量系統(tǒng)簡單、可靠的切換,本文通過對菲迪亞C系列數(shù)控系統(tǒng)界面開發(fā)技術(shù)及測量系統(tǒng)切換機(jī)制的研究,利用菲迪亞系統(tǒng)的用戶接口功能,在系統(tǒng)界面上集成可視化的操作軟鍵,結(jié)合AUCOL編程語言,開發(fā)出測量反饋系統(tǒng)的自動(dòng)切換功能,并成功應(yīng)用于GMC820u五軸數(shù)控機(jī)床。
菲迪亞C系列產(chǎn)品是基于PC的數(shù)控系統(tǒng)。其數(shù)控系統(tǒng)由用戶界面和CNC控制兩部分組成。用戶界面運(yùn)行在WindowsXP操作系統(tǒng)環(huán)境下,CNC控制部分通過菲迪亞的CPU5控制板實(shí)現(xiàn)程序運(yùn)行、軸控制等功能,是現(xiàn)代的開放型結(jié)構(gòu),其控制原理[1]如圖1。
菲迪亞C系列產(chǎn)品控制核心為CPU5板,通過PCI插槽安裝在工控機(jī)的主板上,實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)所有的功能,其中FFB1控制板為系統(tǒng)的通訊接口,經(jīng)高速現(xiàn)場總線,與數(shù)字驅(qū)動(dòng)單元進(jìn)行通訊,接收來自CPU5板的控制指令,完成系統(tǒng)對坐標(biāo)軸的位置、速度控制。數(shù)字驅(qū)動(dòng)單元反饋接口如圖2所示。數(shù)控系統(tǒng)的位置控制有兩種實(shí)現(xiàn)方式,一種是通過伺服電動(dòng)機(jī)上的編碼器反饋,經(jīng)接口X51實(shí)現(xiàn)位置和速度控制,構(gòu)成位置半閉環(huán)伺服系統(tǒng);另一種由光柵尺直接進(jìn)行位置反饋,經(jīng)直接位置反饋接口X55實(shí)現(xiàn)位置控制,構(gòu)成位置全閉環(huán)伺服系統(tǒng)。通過設(shè)置不同的驅(qū)動(dòng)參數(shù)、軸參數(shù)(表1),實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)和半閉環(huán)的切換。
為了實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)對機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的精準(zhǔn)控制,完成對測量反饋系統(tǒng)切換后,需要利用數(shù)控系統(tǒng)本身所具有的反向間隙誤差補(bǔ)償、絲桿螺距誤差補(bǔ)償功能,對各個(gè)坐標(biāo)軸的位置精度進(jìn)行補(bǔ)償,保證機(jī)床的加工精度。使用補(bǔ)償指令如下:
補(bǔ)償格式:N..X..R..E..
例如:N20 X 120.R.15 E.25
表1 切換參數(shù)
測量反饋系統(tǒng)的自動(dòng)切換功能需要兩個(gè)獨(dú)立的按鍵分別實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)、半閉環(huán)的切換控制。由于菲迪亞系統(tǒng)提供的用戶自定義鍵數(shù)量有限,所以需要通過界面開發(fā)擴(kuò)展用戶按鍵,滿足功能開發(fā)的需求。
菲迪亞C系列產(chǎn)品提供3種界面開發(fā)形式:
(1)用戶軟鍵擴(kuò)展
通過系統(tǒng)操作界面選項(xiàng)菜單,實(shí)現(xiàn)用戶自定義鍵的擴(kuò)展。可在操作界面定義100個(gè)用戶化軟鍵。
(2)用戶化界面
通過系統(tǒng)提供的編程語言,建立CUSTOM.VID文件,形成用戶化的按鍵及界面。但需要外購編程手冊。
(3)VSKP軟件擴(kuò)展按鍵
通過菲迪亞提供的VSKP軟件擴(kuò)展用戶化特色軟鍵。用戶可更改按鍵界面,形成自己的界面風(fēng)格,但需要按其提供的編程格式編寫配置文件。
基于滿足功能開發(fā)需求,減少額外編程工作量,本文采用第一種方法,即通過在系統(tǒng)初始化文件(Fidia.ini)內(nèi)的[WS]區(qū)域下增加“CustomVertKey=CUSTOM”實(shí)現(xiàn)用戶軟鍵擴(kuò)展,界面如圖3所示。
當(dāng)按下“CUSTOM”軟鍵后,會(huì)打開一組空白水平軟鍵,通過“Custom keys”定義用戶化的特色軟鍵,即按鍵“X LINE”、“Y LINE”、“Z LINE”、“X MOTOR”、“Y MOTOR”、“Z MOTOR”、“A LINE”。
X、Y、Z、A—分別表示坐標(biāo)軸;
LINE—表示全閉環(huán);
MOTOR—表示半閉環(huán)。
通過擴(kuò)展的用戶軟鍵,利用AUCOL編程語言提供的WRITEP更改參數(shù)指令以及NCBLK塊執(zhí)行指令,開發(fā)全閉環(huán)與半閉環(huán)參數(shù)及補(bǔ)償數(shù)據(jù)自動(dòng)切換。
每個(gè)水平軟鍵有兩個(gè)內(nèi)存位,MDSKnn和MDLKnn,當(dāng)按下圖3所示用戶擴(kuò)展按鍵時(shí),系統(tǒng)會(huì)通過兩個(gè)內(nèi)存位實(shí)現(xiàn)與AUCOL編程語言的交互。本文以X坐標(biāo)軸為例,實(shí)現(xiàn)測量系統(tǒng)的自動(dòng)切換。
(1)全閉環(huán)、半閉環(huán)自動(dòng)轉(zhuǎn)換
使用AUCOL編程語言,在編寫的PLC程序內(nèi)增加子進(jìn)程,通過處理兩個(gè)內(nèi)存位,利用WRITEP寫參數(shù)指令實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)、半閉環(huán)驅(qū)動(dòng)參數(shù)、軸參數(shù)的更改及生效。主要指令如下:
(2)補(bǔ)償數(shù)據(jù)切換
在plcblk.set文件內(nèi)增加補(bǔ)償數(shù)據(jù),格式如下:
以上補(bǔ)償數(shù)據(jù),可以根據(jù)實(shí)際補(bǔ)償需要進(jìn)行任意擴(kuò)展。對補(bǔ)償數(shù)據(jù)進(jìn)行更改及生效的子進(jìn)程如下:
通過對菲迪亞界面開發(fā)及測量系統(tǒng)切換機(jī)制的研究,實(shí)現(xiàn)了按鍵操作完成測量反饋系統(tǒng)的自動(dòng)切換。該功能在GMC820u五軸機(jī)床[4]的實(shí)際應(yīng)用,能有效地保證機(jī)床的穩(wěn)定運(yùn)行[5-6]。在安裝、調(diào)試及維修過程中,不僅操作方便、實(shí)用性強(qiáng),而且極大縮短了切換操作時(shí)間,提高了工作效率。
[1]Fidia S.p.A.Fidia C Class software installation[Z].San Mauro Torinese Italy,2010(6).
[2]李吉,田亞鈴,趙健,等.基于FIDIA系統(tǒng)的高速銑NURS插補(bǔ)技術(shù)研究[J].制造技術(shù)與機(jī)床,2010(10):78 -80.
[3]胡乾坤,張慧賢.基于CATIA的FIDIA數(shù)控系統(tǒng)5軸后置處理器的研究[J].制造技術(shù)與機(jī)床,2009(6):49-51.
[4]ISO230-1:1996機(jī)床檢驗(yàn)通則 第1部分:在無負(fù)荷或精加工條件下機(jī)床的幾何精度[S].
[5]ISO10791-2:2001加工中心試驗(yàn)條件第二部分:帶有垂直軸或垂直旋轉(zhuǎn)軸普通端頭機(jī)械的幾何試驗(yàn)[S].
[6]沈陽機(jī)床有限公司.產(chǎn)品檢驗(yàn)合格證[Z].2005.