張建維

（天津市第二機床有限公司，天津 300409）

0 引言

在數(shù)控機床的各控制軸中，作進給定位控制的軸定義為進給軸，由伺服電機驅(qū)動；帶動工件或刀具旋轉(zhuǎn)運動作速度控制的軸定義為主軸，由主軸電機或變頻電機驅(qū)動。車銑類數(shù)控機床系統(tǒng)一般都由一個主軸和多個進給軸構成，而且現(xiàn)在市場上流行的數(shù)控系統(tǒng)大多為這種配置方式，比如日本發(fā)那科系統(tǒng)的Oi 系列、法國NUM 系統(tǒng)的1000 系列等；磨床類數(shù)控機床由多個進給軸和至少兩個或兩個以上的主軸構成，這類控制系統(tǒng)如果控制兩個或兩個以上的主軸就顯得無能為力，即使能控制到兩個主軸時，第二主軸的速度給定、速度反饋、倍率等的控制只能由PLC 處理，無法實現(xiàn)一個真正意義的模擬或者伺服主軸，給機床使用和維護人員造成了極大的困難。西門子802D sl 多主軸控制系統(tǒng)為此提供了很好的解決方案。本文僅以立式磨床為例說明802D sl 系統(tǒng)的多主軸控制功能。

1 系統(tǒng)方案構成

1.1 立磨硬件互聯(lián)總圖

如圖1 所示，定義水平軸為X 軸，豎直軸為Z 軸，砂輪主軸為SP1 軸，工件主軸為SP2 軸，修整滾輪主軸為SP3 軸，3 個旋轉(zhuǎn)主軸由變頻電機驅(qū)動，數(shù)控系統(tǒng)通過ADI4 發(fā)送模擬電壓指令驅(qū)動變頻器。

1.2 數(shù)控系統(tǒng)

西門子802D sl 是一款結構緊湊的控制系統(tǒng)，將CNC、PLC 和HMI 都集成在同一控制單元中。該系統(tǒng)分為T/M 版和G/N 版，T/M 版主要應用于車銑加工機床，而G/N版應用于沖磨加工機床。采用PROFIBUS 工業(yè)現(xiàn)場總線連接ADI4 模塊及其他總線外設，布線簡單且不易受到干擾，提供了更為經(jīng)濟的系統(tǒng)連接方式。系統(tǒng)內(nèi)置S7-200 PLC控制機床輔助動作；使用DIN 標準編程和ISO 代碼。

1.3 ADI4 模擬驅(qū)動接口模塊

如圖2 所示，一塊ADI4 模塊可以控制4 個帶模擬設定值接口（X3）的驅(qū)動裝置，并且ADI4 模塊有4 路輸入用于TTL 增量信號編碼器的反饋（X4X5）。其與802D sl系統(tǒng)通過PROFIBUS 總線接口（X2）互連，要求802D sl的軟件版本為01.04.XX 及以上，總線地址在模塊上以撥碼等方式設定。

圖1 系統(tǒng)互聯(lián)圖

圖2 ADI4 介紹

1.4 主軸驅(qū)動

不同于一般數(shù)控機床的單主軸控制，數(shù)控立磨需要多主軸控制技術，具有主軸特性的軸包括帶動刀具旋轉(zhuǎn)的砂輪主軸、帶動工件旋轉(zhuǎn)的工作臺和修整滾輪。在數(shù)控的軸分配參數(shù)中我們都將其定義為主軸，一般它們都采用變頻器和變頻電機的驅(qū)動方式。市場上常見的經(jīng)濟型通用數(shù)控系統(tǒng)只能外接一路模擬主軸信號，而802D sl 則可以通過ADI4 模塊驅(qū)動三路甚至更多的模擬主軸。其主軸的設定值、反饋值、倍率等狀態(tài)變量都能夠在加工界面監(jiān)控，而且對主軸的數(shù)控編程簡單明了。

如圖3 所示，以ADI4 控制西門子MM440 變頻器驅(qū)動砂輪主軸為例。

圖3 主軸驅(qū)動

2 系統(tǒng)軟件設計及調(diào)試

2.1 系統(tǒng)初始化

為了簡化802D sl數(shù)控系統(tǒng)的調(diào)試，在802D sl 工具盒里提供了車銑床、外圓磨床等工藝文件，立式磨床和平磨結構大致相同，在這里選用平磨的工藝文件下載至NC：

2.2 進給軸驅(qū)動調(diào)試

這里主要為數(shù)控系統(tǒng)配置詳細的驅(qū)動器、電機及編碼器信息，由以下步驟完成：1）驅(qū)動器固件升級：確保驅(qū)動器各部件具有相同的固件版本；2）驅(qū)動器初始化：激活各部件的出場參數(shù)；3）驅(qū)動器配置：讀出驅(qū)動器連接的拓撲結構以及實際電機的控制參數(shù)。

2.3 設定機床NC 參數(shù)

表1 軸號配置

主要完成數(shù)控軸和驅(qū)動器的對應關系、位置控制器的使能、傳動系統(tǒng)的參數(shù)配比、驅(qū)動器參數(shù)優(yōu)化、坐標速度和加速度的設置、返回參考點等相關機床數(shù)據(jù)。

2.4 主軸調(diào)試

2.4.1 ADI4 標準參數(shù)導入

通過U 盤或RCS802 導入標準ADI4 參數(shù)，標準參數(shù)文件是Toolbox 中SpecialADI4ADI4.ini，將該文件拷貝到系統(tǒng)中。

在加載配置文件SpecialADI41_ADI4.WPC 后按表1 配置軸號。

2.4.2 關于主軸在系統(tǒng)側(cè)的參數(shù)設置

如果下傳1_ADI4.WPC 后NC 參數(shù)分配如下（ADI4模塊的PROBIBUS 地址為15）：

2.4.3 關于三路模擬主軸的NC 編程

模擬主軸一（砂輪主軸）：S1=XXXX M1=3/4/5（砂輪主軸正/反/停）。

模擬主軸二（工作臺主軸）：S2=XXXX M2=3/4/5（工件主軸正/反/停）。

模擬主軸三（滾輪修整主軸）：S3=XXXX M3=3/4/5（滾輪修整主軸正/反/停）。

3 結語

經(jīng)實踐檢驗，802D sl 的多主軸控制技術在數(shù)控立磨的成功應用，豐富了立式磨床的數(shù)控配置，大大降低了其配套成本，取得了良好的經(jīng)濟效益。也使得機床的可靠性和可維護性得到了進一步的提高，而且也可以將其功能擴展用在模擬驅(qū)動的改造項目中。