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)

數(shù)控雕銑機 (CNC Engraving and Milling Machine)是數(shù)控機床的一種。顧名思義，數(shù)控雕銑機可以雕、也可銑，與雕刻機相比:主軸、進給伺服電機功率、床身承受力更大，同時保持主軸的高速，更重要的是精度很高。其優(yōu)點是:可進行比較細小的加工，加工精度高;可對軟金屬進行高速加工;缺點是:由于剛性制約不可能進行重切削。

圖1 多系統(tǒng)切換控制數(shù)控雕銑機

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。新增的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。文中將專門介紹華中數(shù)控系統(tǒng)對EM5060 雕銑機的控制方案。

1 華中數(shù)控硬件方案

硬件方案以華中210BM 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 3 個坐標軸配750 W 三洋伺服電機，最高轉速3 000 r/min，增量編碼器2 000 線/轉。3 個進給伺服電機均經(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 軸伺服電機無抱閘，型號P50B08075HS1J;Z 軸伺服電機帶抱閘，型號P50B08075HCS1J;3 個伺服電機均匹配三洋RS1A03AA 伺服驅動器。主軸速度控制接口使用模擬量10 V 接口，配臺達VFD037V43A 變頻器，所驅動電主軸額定功率3 kW。系統(tǒng)配置遠程I/O，包括2 個PNP 型16 點輸入模塊和2 個NPN 型16 點輸出模塊。

圖2 數(shù)控系統(tǒng)硬件配置框圖

2 華中HNC-08MD 數(shù)控軟件

(1)HNC-08MD 系統(tǒng)文件的構成

HNC-08MD 系統(tǒng)文件全部存放在CF 卡，即系統(tǒng)C 盤下HNC-08MD 目錄，它包含以下文件夾和文件。在HNC-210BM 固化數(shù)控裝置中采用非固化的系統(tǒng)軟件，需將HNC-08MD 系統(tǒng)軟件拷貝到CF 卡內(nèi)，更改A 盤的AUTOEXEC. BAT 文件，使其開機后自動地運行C 盤的HNC-08MD 軟件目錄下的N. BAT 文件即可。

BPT:存放系統(tǒng)所保存“斷點文件”的一個文件夾。

DATA:存放系統(tǒng)所有參數(shù)、數(shù)據(jù)之類的文件。

DLX:主要存放系統(tǒng)的驅動等文件的動態(tài)鏈接庫文件夾。

EXT:存放系統(tǒng)擴展程序的文件夾。

FONT:存放系統(tǒng)字庫的文件夾。

MENU:存放系統(tǒng)菜單文件的文件夾。

PLC:存放PLC 相關的一些文件及文件夾。

PROG:存放加工程序的文件夾。

CNTBLE. DAT:進行中文輸入的中文字庫選擇表。

CWSDPMI. EXE:DOS16 和DOS32 切換的一個文件。

HCNC. ICO:公司圖標。

N. BAT:系統(tǒng)啟動文件，選擇啟動的主體文件及加載密碼。

NCO8KEL. CFG:系統(tǒng)的配置文件。

NC08V112. EXE:系統(tǒng)的主體運行程序，由N. BAT 調(diào)用。

PARAM. NOT:參數(shù)的注釋文件，在參數(shù)設置表中對參數(shù)項進行注釋說明，可以以文本方式打開。

TRIP. CHR:字體文件。

V. EXE:可以查看系統(tǒng)的各個文件的版本信息。

WATTCP. CFG:TCP/IP 協(xié)議的配置文件。

(2)NC08KEL. CFG 系統(tǒng)配置文件修改

DRV=． DLX DRV210B. DLX;配置面板驅動路徑

PLC=． PLC PLCV30. PLC;配置PLC 路徑

PLCDATA=． PLC data210B;配置PLC 數(shù)據(jù)文件路徑

DATAPATH=． DATA ;配置系統(tǒng)參數(shù)文件的路徑

PROGPATH=． PROG ;配置系統(tǒng)G 代碼文件的路徑

BPTPATH=． BPT ;配置系統(tǒng)保存斷點的文件路徑

EXTPATH=． EXT ;配置系統(tǒng)擴展代碼的文件路徑

HLPPATH=． HELP ;配置系統(tǒng)幫助文件路徑

SLVNUM=5;配置系統(tǒng)從站數(shù)目。

PLATFORM=NC;系統(tǒng)運行環(huán)境選擇NC。

(3)系統(tǒng)啟動文件N. BAT

nc08v13 %1

執(zhí)行當前目錄下的nc08v13 文件進入系統(tǒng)。%1為帶參數(shù)的批處理。此方式進系統(tǒng)，無任何權限，需手動輸入權限:系統(tǒng)級:sys;機床級:mac;用戶級:user。

(4)HNC-08MD 系統(tǒng)軟件的DOS 啟動

①ALT+Q，進入DOS;

②DOS 下執(zhí)行“pssd clrwp a:”，清除a 盤寫保護;

③進入a 盤，更改a 盤的autoexec. bat 文件，在該文件中去掉autorun，增加:

C:

CD HNC-08MD

N

使其進入CF 卡所在的C 盤，再進入HNC-08MD目錄，運行N. BAT。

④更改a 盤下config. sys 文件，去掉HIMEM 和EMM386 兩個擴展內(nèi)存驅動，使08MD 系統(tǒng)獲得更大的內(nèi)存。

⑤DOS 下執(zhí)行“pssd writeback a:”，進行a 盤回寫。

3 進給伺服驅動的連接與設定

數(shù)控系統(tǒng)伺服接口XS31 ～XS33 分別與三洋伺服驅動器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)從三洋伺服驅動器反饋給數(shù)控系統(tǒng)的編碼器信號; (2)從數(shù)控系統(tǒng)發(fā)給伺服驅動器的“脈沖+方向”位置指令;(3)數(shù)控系統(tǒng)與伺服驅動器間一般輸入輸出信號，如“報警復位”、 “伺服打開”、 “軸準備好”等信號。圖3 中，Y7.0、Y7.2、Y7.4 分別是X、Y、Z 軸的“報警復位”信號;Y7.1、Y7.3、Y7.5 分別是X、Y、Z 軸的“伺服打開”信號;X9.0、X9.1、X9.2分別是X、Y、Z 軸的“軸準備好”信號。

圖3 伺服驅動接口

伺服驅動器與伺服電機的連接參見圖4，該圖給出X 軸驅動器的連接，其他軸與之類似。驅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。驅動器CN2 是編碼器反饋接口。

圖4 伺服驅動器與伺服電機的連接

按照圖3 和圖4 的伺服連接，還需要對伺服驅動和數(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，與之相匹配的主要華中數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)見表3。

表1 三洋伺服驅動器系統(tǒng)參數(shù)設定

表2 三洋伺服驅動器一般參數(shù)設定

表3 華中數(shù)控系統(tǒng)邏輯軸配置表設定

4 主軸驅動的連接及設定

主軸驅動使用10 V 模擬量接口，其連接如圖5所示。

圖5 主軸驅動的連接

(1)數(shù)控系統(tǒng)側主軸參數(shù)整定

P0352 =12 000:主軸A 擋最高轉速。當系統(tǒng)指令S12000 時，XS91 主軸控制接口輸出10 V 模擬電壓。

P0371 =1:主軸A 擋減速比。

(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

機床回參考點的過程示意圖如圖6 所示，包括3個階段:

(1)從點A 開始回零，運行至點B 檢測到回零擋塊被壓下的信號，開始減速，至點C 停止。這是回零的第一階段，屬于高速運動階段，其移動速度在參數(shù)3021 ～3023 (對應X、Y、Z 軸)中設定，均設為5 000 mm/min。

(2)從點C 開始反向，至點D 檢測到回零擋塊松開后，開始減速，至點E 停止。然后再反向，至點F 再次檢測到回零擋塊被壓下的信號。這是回零的第二階段，屬于低速運動階段，其移動速度在參數(shù)3031 ～3033 (對應X、Y、Z 軸)中設定，均設為200 mm/min。

(3)第二階段到點F 檢測到回零擋塊被壓下的信號后，即進入回零第三階段，找零階段。由于電機編碼器零脈沖寬度有限，因此找零階段的速度不能設太高。此階段運動速度在參數(shù)3041 ～3043 (對應X、Y、Z 軸)中設定，均設為20 mm/min。

圖6 回零過程示意圖

6 結束語

采用華中數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)EM5060 雕銑機床的控制，于2013年6月成功投入運行。現(xiàn)總結如下:

(1)華中數(shù)控HNC-210B 系統(tǒng)是一款基于工控機的開放式數(shù)控系統(tǒng)，既可以使用其固化的210BM 系統(tǒng)軟件，也可以改裝08MD 等其他非固化式系統(tǒng)軟件。改裝08MD 軟件最大的好處是支持PLC 梯形圖編程。

(2)華中數(shù)控HNC-210B 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10 V 模擬量，均可以方便地與第三方伺服驅動和主軸驅動進行連接和匹配。

(3)華中數(shù)控HNC-210B 系統(tǒng)除提供本地I/O外，還可以連接遠程I/O 模塊。

(4)華中數(shù)控HNC-210B 系統(tǒng)的伺服接口中除編碼器反饋信號和脈沖指令外，還配置了通用I/O 接口，以方便數(shù)控系統(tǒng)與伺服驅動之間的握手信號連接。

［1］武漢華中數(shù)控股份有限公司．HNC-08M 數(shù)控系統(tǒng)操作說明書［M］．2011．

［2］武漢華中數(shù)控股份有限公司．HNC-210 數(shù)控裝置連接說明書［M］．2009．

［3］呼剛義，王麗潔．基于華中數(shù)控系統(tǒng)的ZJK7532A 數(shù)控鉆銑床升級改造［J］．制造業(yè)自動化，2011(21):146－148．

［4］高健，李文．基于華中數(shù)控系統(tǒng)的進給伺服軸的調(diào)試［J］．機械工程師，2011(6):111－113．

［5］中達電通股份有限公司．VFD-M 使用手冊［M］．2008．

［6］呼剛義．PLC 源程序在華中世紀星維修實驗臺中編譯及加載的實現(xiàn)［J］．機床與液壓，2011，39(22):141－142．