羅 敏 劉凌云 陳凌云 陳志楚

(湖北汽車工業(yè)學院電氣工程系，湖北 十堰442002)

1 機床基本情況

EM5060 數(shù)控雕銑機床原控制系統(tǒng)為基于PMAC運動控制卡的工控機控制方案。為了能在該機床上實施國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的性能測試和比對等工作，特此將該機床改造為多系統(tǒng)切換控制的數(shù)控雕銑機床。新增2種國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)分別是華中數(shù)控系統(tǒng)和廣州數(shù)控系統(tǒng)，見圖1。本文將專門介紹廣州數(shù)控系統(tǒng)對EM5060雕銑機的控制方案。

2 基于廣州數(shù)控的EM5060 雕銑機床硬件控制方案

硬件方案采用廣數(shù)GSK218MC 數(shù)控裝置，匹配三洋交流伺服搭建半閉環(huán)控制系統(tǒng)，配置框圖見圖2。X、Y、Z三個坐標軸配750 W 三洋伺服電動機，最高轉速3000 r/min，增量編碼器2000 線/r。3 臺進給伺服電動機均經(jīng)過彈性聯(lián)軸器與滾珠絲杠相連，絲杠螺距均為5 mm。X、Y軸伺服電動機無抱閘，型號P50B08075HS1J;Z軸伺服電動機帶抱閘，型號P50B08075HCS1J;3 臺伺服電動機均匹配三洋RS1A03AA 伺服驅(qū)動器。主軸速度控制接口使用模擬量10 V 接口，配臺達VFD037V43A變頻器，所驅(qū)動電主軸額定功率3 kW。機床側輸入輸出信號全部使用系統(tǒng)本地I/O，其中輸入60 點，輸出54點。除XS40～XS45 外，手輪接口XS22 和主軸控制接口XS23 中也有部分I/O。

3 進給伺服驅(qū)動的連接與設定

GSK218MC 數(shù)控系統(tǒng)伺服接口XS30～XS32 分別與三洋伺服驅(qū)動器CN1 接口相連，具體連接如圖3 所示。該伺服接口信號由三部分信號組成:①從數(shù)控系統(tǒng)發(fā)給伺服驅(qū)動器的“脈沖+方向”位置指令;②數(shù)控系統(tǒng)與伺服驅(qū)動器間一般輸入輸出信號，如“伺服報警”、“伺服打開”等信號;③從三洋伺服驅(qū)動器反饋給數(shù)控系統(tǒng)的編碼器1 轉脈沖信號。伺服驅(qū)動器CN1(11)輸出編碼器1 轉脈沖信號是NPN 型集電極開路輸出，但系統(tǒng)接收側XS30～XS32(3)的輸入接口類型是PNP 型，不匹配。故考慮增加1.5 K 上拉電阻，詳細接口連接如圖4 所示。

伺服驅(qū)動器與伺服電動機的連接參見圖5，該圖給出X軸驅(qū)動器的連接，其它軸與之類似。驅(qū)動器動力電源采用三相200 V 交流電源，從CNA 之R、S、T 端子接入;驅(qū)動器控制電源采用單相200 V 交流電源，從CNA之r、t 端子接入。驅(qū)動器CN2 是編碼器反饋接口。

伺服硬件連接完成后，需要對伺服驅(qū)動和數(shù)控系統(tǒng)的相關參數(shù)進行匹配設定。三洋伺服驅(qū)動器系統(tǒng)參數(shù)和一般參數(shù)的設定分別見表1 和表2。

廣數(shù)GSK218MC 參數(shù)主要是電子齒輪比的設定。其計算公式如下:

式中:L為絲杠導程，mm;ζ 為系統(tǒng)最小輸出單位，mm/脈沖;C為光電編碼器分辨率，線數(shù)/r;Zm為絲杠端齒輪齒數(shù);ZD為伺服電動機端齒輪齒數(shù)。

齒輪比分子:參數(shù)P160～P162(X～Z軸)齒輪比分母:參數(shù)P165～P167(X～Z軸)

3 個基本軸絲杠導程均為5 mm;系統(tǒng)最小輸出單位為0.001 mm/脈沖;光電編碼器分辨率2000 線數(shù)/r;伺服電動機與絲杠直聯(lián)，減速比1:1，則

因此參數(shù)P160～P162 =8;P165～P167 =5。

表1 三洋伺服驅(qū)動器系統(tǒng)參數(shù)設定

表2 三洋伺服驅(qū)動器一般參數(shù)設定

4 主軸驅(qū)動的連接及設定

主軸驅(qū)動使用10 V 模擬量接口，其連接如圖6所示。

(1)數(shù)控系統(tǒng)側主軸參數(shù)整定

P246 =12000:主軸1 檔最高轉速。當系統(tǒng)指令S12000 時，XS23 主軸控制接口輸出10 V 模擬電壓。

P286 =1:主軸側齒輪齒數(shù)(1 檔齒輪)。

P290 =1:位置編碼器側齒輪齒數(shù)(1 檔齒輪)。

(2)臺達變頻器參數(shù)整定

P00 =01:主頻率輸入由模擬信號0～10 V 輸入(AVI)。

P01 = 01:01:運轉指令由外部端子控制，鍵盤STOP 鍵有效。

P03 =400:最高操作頻率400 Hz。與10 V 模擬電壓對應。

5 機床坐標軸零點的建立

參數(shù)P6#1 =0:回零模式設定為擋塊后。

參數(shù)P6#6 =0:回零方式設定為有1 轉信號。機床回參考點的過程示意圖如圖7 所示，包括3 個階段:

①第一階段(L1):系統(tǒng)執(zhí)行機械回零，坐標軸往設定的回零方向移動，距離為L1，速度為參數(shù)P100～P102 設定值5000 mm/min，減速時間常數(shù)P352(全軸通用)設定值100 ms。

②第二階段(L2):當回零開關感應到回零擋塊時回零減速信號G17.0～G17.2 有效，系統(tǒng)開始減速至參數(shù)P342～P344 設定值200 mm/min，加減速時間常數(shù)P353(全軸通用)設定值100 ms。

③第三階段(L3):當感應開關離開回零擋塊時，系統(tǒng)馬上減速至參數(shù)P99 設定值20 mm/min，等待編碼器1 轉信號(nPC)，收到nPC 信號后系統(tǒng)停止，系統(tǒng)將該點D點作為機械零點，回零完成。

6 結語

采用廣州數(shù)控系統(tǒng)GSK218MC 實現(xiàn)EM5060 雕銑機床的控制，于2013 年7 月成功投入運行。加之先前已投入運行的PMC 運動控制卡和華中數(shù)控系統(tǒng)，至此完成整個多系統(tǒng)切換控制的數(shù)控雕銑機改造?，F(xiàn)總結如下:

①廣數(shù)GSK218MC 系統(tǒng)伺服控制接口采用脈沖序列方式，主軸控制接口采用10V 模擬量，均可以方便地與第三方伺服驅(qū)動和主軸驅(qū)動進行連接和匹配。

②廣數(shù)GSK218MC 系統(tǒng)不提供遠程I/O，只能使用系統(tǒng)本地I/O 模塊連接機床接口信號。

③廣數(shù)GSK218MC 系統(tǒng)支持PLC 梯形圖編程，調(diào)試非常方便。

④多系統(tǒng)實施切換時，需要對X/Y/Z坐標軸伺服驅(qū)動CN1 接口、主軸驅(qū)動、手輪、機床強電輸入輸出回路進行切換。切換均通過接插件實現(xiàn)。

［1］廣州數(shù)控設備有限公司. GSK218MC 系列加工中心數(shù)控系統(tǒng)安裝與連接手冊［Z］. 2012.

［2］廣州數(shù)控設備有限公司. GSK218MC 系列加工中心數(shù)控系統(tǒng)編程與操作手冊［Z］. 2012.

［3］中達電通股份有限公司. VFD-M 使用手冊［Z］. 2008.

［4］SANYO DENKI. R 系列伺服驅(qū)動器說明書［Z］. 2007.