羅麗

(宜賓普什機(jī)床有限公司，四川 宜賓 644007)

1 引言

宜賓普什機(jī)床有限公司最新研制的小型立式加工中心VS500，采用高剛性、高精度設(shè)計(jì)，生產(chǎn)效率高，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到目前國內(nèi)同類機(jī)床的最高標(biāo)準(zhǔn)，其標(biāo)配技術(shù)參數(shù)如下:

X/Y/Z軸移動(dòng)行程:500/400/300 mm

機(jī)械主軸最高轉(zhuǎn)速:18000rpm

快速進(jìn)給速度:48000mm/min

換刀時(shí)間T-T:1.3s

定位精度:0.006mm

重復(fù)定位精度:0.004mm

最大加速度:0.8g

2 控制系統(tǒng)及元件選型

硬件設(shè)計(jì)的好壞決定控制系統(tǒng)能否適合于高速、高精、高表面質(zhì)量加工，TNC 620系統(tǒng)采用全新的微處理器結(jié)構(gòu)具有非常強(qiáng)大的計(jì)算能力，可控制3+1軸，其硬件配置如下:

主機(jī):MC6110

緊湊型控制單元:UEC111

手輪:HR130

機(jī)床操作面板:MB620

主軸電機(jī):QAN200M 18000rpm

進(jìn)給軸電機(jī):X、Y軸:QSY 130E EcoDyn

Z軸:QSY 155B EcoDyn

刀具測(cè)頭:TT140

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

主機(jī)MC6110包括15英寸顯示器、TNC操作面板、賽揚(yáng)400MHz處理器、512MB內(nèi)存及其他接口，電源24V由UEC111提供。

緊湊型控制單元UEC111是帶內(nèi)置PLC輸入和輸出的控制單元，還帶內(nèi)置制動(dòng)電阻的變頻器，它為主機(jī)和其他HSCI部件提供24V電源。

變頻器包括X15～X19速度編碼器接口、X201～X205位置編碼器接口、電源電路、X80～X84進(jìn)給軸和主軸電機(jī)連線接口、制動(dòng)電阻器、X71主軸安全繼電器、X72進(jìn)給軸安全繼電器。

系統(tǒng)PL內(nèi)置在UEC111中，包括X112工件測(cè)頭接口、X113刀具測(cè)頭接口、X4、X5 PLC輸入接口、X6PLC輸出接口。

UEC111電源制動(dòng)方式為非再生型回饋，輸入電壓3×400 V(±10%)，50～60 Hz，三相電源經(jīng)磁環(huán)濾波抑制系統(tǒng)的電壓波動(dòng)，以提高伺服性能。直流母線電壓為565V，同時(shí)輸出直流24V供主機(jī)和機(jī)床操作面板使用。

圖1 系統(tǒng)連接電路圖Figure1 System Connection Diagram

變頻器上設(shè)有各種狀態(tài)指示燈，另有直流母線、主軸脈沖使能、進(jìn)給脈沖使能三項(xiàng)繼電器狀態(tài)輸出，系統(tǒng)連接電路如圖1所示。

MB620機(jī)床操作面板:電源24V、8個(gè)PLC輸入、8個(gè)PLC輸出

4 調(diào)試

4.1 通電前檢查

檢查24Vdc回路有無短路。

檢查接地是否可靠。

檢查各插頭、連接器連接是否正確、可靠。

如果通電前檢查無誤，則可以給系統(tǒng)加電。合上主電源開關(guān)，MC6110、UEC111、MB620均通電。

檢查數(shù)控系統(tǒng)MC6110，能進(jìn)入主界面，否則檢查數(shù)控系統(tǒng)X101電源線，看是否有24Vdc電源。

檢查UEC111電源模塊狀態(tài)。

UDC-LINK ON綠燈亮，母線電壓正常。

AXES綠燈亮，伺服軸安全繼電器吸合，伺服軸使能有效。

SPINDLE綠燈亮，主軸安全繼電器吸合，主軸使能有效。

紅燈“POWER FAIL”亮，表明動(dòng)力電源沒有輸出;“NC RESET”、“SH1”、“SH2”燈亮表明系統(tǒng)處于原始狀態(tài)或機(jī)床參數(shù)設(shè)定、外部連線錯(cuò)誤。

4.2 系統(tǒng)常用參數(shù)設(shè)定及調(diào)整

HEIDENHAIN參數(shù)界面是以文件夾的形式表示的，因此不需要記住參數(shù)號(hào)，只需編輯狀態(tài)下輸入密碼95148進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置文件夾。

(1)主軸顯示(靜止時(shí)也顯示角度)

System＞DisplaySettings＞CfgDisplayData＞spindlei

Display(100007)＞during closed loop and m5

(2)屏蔽軸

在調(diào)試、維護(hù)機(jī)床時(shí)，如果某軸的電機(jī)未連接，這時(shí)需要將此軸屏蔽，以免誤動(dòng)作。

System＞axes＞physicalaxis＞cfgaxis:

＞axismode(x.300105)＞notactive

＞Testmode(x.300106)＞false(任意一個(gè)都可以)

(3)回參考點(diǎn)設(shè)置

Axes＞parametersets＞px＞cfgreferencing:

＞refType(px.400401)是返回參考點(diǎn)的方式，直線進(jìn)給軸選用Switch，changing Dir，即遇到回零擋塊后反向?qū)ふ覅⒖键c(diǎn);

＞refPosition(零偏)(px.400403):參考點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置;

＞refSwitchActive:參考點(diǎn)擋塊生效時(shí)的電平值;

＞refFeedHigh:返回參考點(diǎn)擋塊的速度;

＞refFeedLow:反向時(shí)尋找參考點(diǎn)時(shí)的速度;

＞refDirection:返回參考點(diǎn)擋塊的方向。

(4)進(jìn)給軸的速度

Axes＞parametersets＞px＞cfgfeedlimits:

＞minFeed(px.400301)該進(jìn)給軸的最小速度，設(shè)定為0;

＞maxFeed(px.400302)是機(jī)床該軸執(zhí)行G00時(shí)的速度;

＞rapidFeed(px.400303)是機(jī)床該軸在手動(dòng)狀態(tài)下的快速移動(dòng)速度;

＞manualFeed(px.400304)是機(jī)床該軸在手動(dòng)移動(dòng)速度;

＞maxacceleration(px.400305)機(jī)床該軸最大加速度

(5)軟極限設(shè)置

Axes＞parametersets＞px＞cfgpositionlimits:

＞swlimitswitchpos(px.400501)x軸正向軟限位;

＞swlimitswitchneg(px.400502)x軸負(fù)向軟限位;

(6)換刀點(diǎn)設(shè)置

System＞plc＞Cfgoemposition(104700):

＞np-dg-tc-pos-ax3-put in(Z軸)

＞np-dg-tc-pos-ax1(X軸)

＞np-dg-tc-pos-spindle(主軸換刀點(diǎn)角度)

System＞plc＞CfgOem Int(104600):

＞np_dg_S_orient_rpm＞500(主軸定向速度)

＞np_dg_S_jog_rpm＞500(主軸點(diǎn)動(dòng)速度)

(7)反向間隙補(bǔ)償

Axes＞parametersets＞px＞cfgaxiscomp:

＞active(px.401801)＞on激活反向間隙

＞comptype(px.401803)＞non-linear非線性補(bǔ)償

(8)潤(rùn)滑設(shè)置

TNC620基本程序提供了機(jī)床潤(rùn)滑功能，滿足下列條件之一時(shí)機(jī)床潤(rùn)滑就會(huì)被啟動(dòng):

設(shè)定的進(jìn)給軸潤(rùn)滑間隔移動(dòng)距離被超過;

設(shè)定的潤(rùn)滑時(shí)間間隔到達(dá);

軸潤(rùn)滑按鍵被按下;

機(jī)床按下電源開關(guān)啟動(dòng)時(shí);

距離設(shè)置(可根據(jù)實(shí)際需要調(diào)節(jié)):

Axes＞parametersets＞px＞cfgpositionlimits＞lubricationdist (px.400503)潤(rùn)滑距離＞15000

時(shí)間設(shè)置(可根據(jù)實(shí)際需要調(diào)節(jié)):

System＞plc＞cfgoem Int(104600)＞

np_dg_lubrication_time＞60潤(rùn)滑時(shí)間

np_dg_max_lubrication_time＞120潤(rùn)滑時(shí)間上限

np_dg_min_lubrication_time＞30潤(rùn)滑時(shí)間下限

(9)伺服調(diào)整

a.電流環(huán)

Axes＞parametersets＞px＞cfgcurrentcontrol:

＞ictrlpropgain(px.401001)＞5

＞ictrlintgain(px.401002)＞1000

b.速度環(huán)

Axes＞parametersets＞px＞cfgspeedcontrol:

＞vctrlpropgain(px.400901)＞5

＞vctrlintgain(px.400902)＞1000

＞vctrlfiltfreq1(px.400908)＞5

＞vctrlfiltdamping(px.400910)＞1000

4.3 PLC程序

TNC620使用PLC基本程序由PLC-DesignNT創(chuàng)建，該程序已經(jīng)集成了95%以上PLC的功能，PLCdesignNT軟件是基于Windows的應(yīng)用軟件，具有齊全的程序編輯、調(diào)試功能，該軟件主要用于開發(fā)當(dāng)前HEIDENHAIN控制器的PLC程序，支持OEM進(jìn)行PLC程序創(chuàng)建、編輯和集成以及傳送，還可以創(chuàng)建PLC軟鍵，傳送PLC程序到控制器。

(1)根據(jù)圖紙中定義的I/O地址及功能，在文件GLB_IO_ CONFIG.LIB中尋找相應(yīng)的名稱，編輯到GLB_IO_CONFIG.DEF，同時(shí)GLB_IO_CONFIG.LIB中相應(yīng)的名稱也要被注釋掉。若需增加的I/O功能定義不是圖紙直接定義的，則在GLB_IO_ CONFIG.LIB中添加就行，然后在相應(yīng)各模塊中編輯應(yīng)用程序。

(2)PLC基本程序配置在oem.mcg文件中，根據(jù)需要將相應(yīng)的模塊激活即可。

如激活該系統(tǒng)潤(rùn)滑功能時(shí):

DEFINE Cfg_Lubrication_axes=“active”

(3)有些功能與機(jī)床不相符的，可以在相應(yīng)功能模塊里稍做更改以適配到機(jī)床功能上。

(4)若有基本程序里沒有的功能，可以編輯自己的功能模塊文件。在這臺(tái)機(jī)床上我們相應(yīng)的增加了

OEM_FUNC.SRC功能文件模塊。在OEM_FUNC.SRC文件里編入機(jī)床的沖鐵屑、松刀吹氣、門鎖控制等功能。

4.4 優(yōu)化

a.電流環(huán)優(yōu)化

選擇電流環(huán)優(yōu)化方式，設(shè)置相應(yīng)參數(shù)，并通過外部機(jī)械使運(yùn)動(dòng)軸處于固定或夾緊狀態(tài)，由相應(yīng)鍵控制優(yōu)化開始。優(yōu)化過程由NC控制自動(dòng)結(jié)束并顯示優(yōu)化后的曲線，適當(dāng)改變?cè)鲆嬷敛ㄐ渭夥?0%左右，響應(yīng)時(shí)間為350～600μs時(shí)結(jié)束［1］(如圖2所示)。

圖2 電流環(huán)優(yōu)化Figure2 current loop optimization

b.速度環(huán)優(yōu)化

分脈沖響應(yīng)P系數(shù)和階躍響應(yīng)I系數(shù)兩種優(yōu)化環(huán)節(jié)。一般，復(fù)位時(shí)間要求使t介于4～20ms之間，尖峰10%左右(如圖3所示)，電流濾波器1～4主要是對(duì)速度環(huán)控制器頻域響應(yīng)中的波峰進(jìn)行調(diào)節(jié)，抑制振動(dòng)，使伺服平穩(wěn)運(yùn)行。

圖3 速度環(huán)優(yōu)化Figure3 speed loop optimization

［1］于曉紅，王洪才。海德漢iTNC530數(shù)控系統(tǒng)在數(shù)控銑鏜床上的應(yīng)用［J］。制造技術(shù)與機(jī)床，2005年第11期。

［2］HEIDENHAIN TNC620 Technical Manual［M］。November 2009。