張欣波，弓清忠，陳佰興，王 澤

（1.廈門理工學(xué)院機械與汽車工程學(xué)院，福建廈門 361024；2.集美大學(xué)機械與能源工程學(xué)院，福建廈門 361024；3.福建潯興拉鏈科技股份有限公司，福建晉江 362246）

0 引言

福建潯興拉鏈科技股份有限公司于2006年向武漢華中數(shù)控系統(tǒng)有限公司購買的XK731數(shù)控鏜銑床，采用華中Ⅰ型HCNC-IHA數(shù)控系統(tǒng)控制。該系統(tǒng)是由華中數(shù)控系統(tǒng)有限公司研制開發(fā)的基于PC-NC的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)是在個人PC計算機（486以上）安裝控制軟件，通過并口與數(shù)控控制板相連接，并由控制板向步進(jìn)電機的脈沖電源發(fā)布方向及脈沖指令來驅(qū)動步進(jìn)電機帶動機械傳動鏈完成機床的進(jìn)給運動（圖1）。隨著使用年代增加，該系統(tǒng)已嚴(yán)重老化，故障率高，原有通信接口出現(xiàn)故障，加上年代久遠(yuǎn)，備件已停止生產(chǎn)，維修困難。為滿足生產(chǎn)需求，決定采用華中世紀(jì)星HNC-21M數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行升級改造，即保留原有驅(qū)動模塊及電機，更換新的數(shù)控系統(tǒng)、機床面板，結(jié)合華中世紀(jì)星HNC-21M數(shù)控系統(tǒng)接口信號，編寫新的PLC控制程序，重新匹配機床參數(shù)，將原有舊機床升級改造成具有現(xiàn)代技術(shù)水平的數(shù)控機床。

1 機床控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

圖1 原有華中I型HCNC-IHA系統(tǒng)控制框圖

武漢華中世紀(jì)星HNC-21MD數(shù)控單元采用先進(jìn)的開放式體系結(jié)構(gòu)，內(nèi)置嵌入式工業(yè)PC，配置8.4”或10.4”彩色TFT（Thin Film Transistor，薄膜晶體管液晶）顯示屏和通用工程面板，集成進(jìn)給軸接口、主軸接口、手持單元接口、內(nèi)嵌式PLC接口于一體，采用電子盤程序存儲方式以及USB，DNC，以太網(wǎng)等程序交換功能?？蓪嵤┳畲舐?lián)動軸數(shù)為6軸，并且配置40路開關(guān)量輸入和32路開關(guān)量輸出，足以滿足該機床的控制要求。圖2為升級改造后的機床控制框圖。

2 機床PLC控制控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1 PLC地址定義

在系統(tǒng)PLC程序中，機床輸入的開關(guān)量信號定義為X（即各接口中的I信號）；輸出到機床的開關(guān)量信號定義為Y（即各接口中的O信號）。將各個接口（HNC-21本地、遠(yuǎn)程I/O端子板）中的I/O（輸入、輸出）開關(guān)量定義為系統(tǒng)程序中的X，Y變量，需要通過設(shè)置參數(shù)中的硬件配置參數(shù)和PMC系統(tǒng)參數(shù)實現(xiàn)。世紀(jì)星HNC-21數(shù)控裝置的輸入輸出開關(guān)量占用硬件配置參數(shù)中的3個部件（一般設(shè)為部件20、部件 21、部件 22），如圖3 所示。

在 PMC（Production Materials Control，生產(chǎn)物料控制）系統(tǒng)參數(shù)中再給各部件（部件20、部件21、部件22）中的輸入輸出開關(guān)量分配占用的X，Y地址，即確定接口中I/O信號與X/Y的對應(yīng)關(guān)系，從而得到標(biāo)準(zhǔn)銑床PLC程序地址及信號定義（圖4）。

2.2 PLC程序控制

華中世紀(jì)星數(shù)控系統(tǒng)采用內(nèi)置式PLC，是一種基于C語言的控制系統(tǒng)。C語言軟件Borland C++3.1是編輯華中世紀(jì)星數(shù)控PLC程序的軟件，但是Borland C++3.1是需要在DOS的系統(tǒng)環(huán)境下才能運行，因此需要在WINDOWS系統(tǒng)中安裝一個DOS的模擬環(huán)境來運行Borland C++3.1，或者也可以直接用記事本創(chuàng)建后綴為“.CLD”的源文件來進(jìn)行編輯PLC程序。華中世紀(jì)星數(shù)控系統(tǒng)提供了一個虛擬的DOS系統(tǒng)。要編寫一個PLC程序，首先需要在DOS的環(huán)境下進(jìn)入數(shù)控軟件的安裝目錄，通過外接鍵盤敲入命令來建立程序，如 C:HCNC2000PLC，在DOS提示符下寫入如下命令：

圖2 XK731機床設(shè)計硬件連接框圖

圖3 硬件配置參數(shù)中I/O開關(guān)量的設(shè)置

圖4 硬件配置參數(shù)中I/O開關(guān)量與X/Y的對應(yīng)設(shè)置

C:HCNC2000plc＞edit plc_aaaab.cld ＜回車＞

這樣就建立了一個程序，并且該程序可以進(jìn)行編譯運行，只是沒有任何功能。如果要編譯該程序，需要在數(shù)控系統(tǒng)的PLC目錄下寫入：

C:HCNC2000plc＞makeplc plc_aaaab.cld ＜回車＞

系統(tǒng)反饋完畢后，DOS系統(tǒng)會再次回到程序目錄。

C:HCNC2000plc＞

這樣，一個簡單的PLC程序就編寫及編譯完畢，編譯出來的文件是plc_aaaab.com。接下來，通過改變數(shù)控系統(tǒng)的配置文件，使數(shù)控系統(tǒng)在下一次啟動的時候能夠加載剛才編寫的PLC程序。

華中世紀(jì)星數(shù)控系統(tǒng)必須提供初始化函數(shù)int()、高速掃描進(jìn)程函數(shù)plc1()和低速掃描進(jìn)程函數(shù)plc2()。因此，將整個控制程序分成幾個模塊。包括初始化PLC模塊、高速掃描進(jìn)程模塊、低速掃描進(jìn)程模塊、系統(tǒng)復(fù)位模塊、定向停止模塊和潤滑模塊等。下面以包含初始化函數(shù)int()、高速掃描進(jìn)程函數(shù)plc1()和低速掃描進(jìn)程函數(shù)plc2()及系統(tǒng)復(fù)位程序為例說明。

3 HNC-21M數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)配置及優(yōu)化調(diào)整

系統(tǒng)硬件連接及PLC調(diào)試完畢后，需針對XK731機床的機械傳動鏈進(jìn)行參數(shù)配置。首先給系統(tǒng)上電，將外部急停信號（本機床為X2.0）與系統(tǒng)本身PMC用戶參數(shù)（X2.3）對應(yīng)起來。各軸電機參數(shù)設(shè)置，使電機與驅(qū)動器能夠很好的配合起來，首先是0，1，2的3個軸的參數(shù)設(shè)計（即X，Y，Z的 3個軸）。下面以0軸配置為例示范，1軸，2軸同理：修改是否帶反饋的參數(shù)為46（不帶反饋），修改步進(jìn)電機拍數(shù)參數(shù)為4，修改是否是步進(jìn)電機參數(shù)為1；在軸參數(shù)設(shè)置中，修改外部脈沖當(dāng)量分子為-6（其中的負(fù)號為系統(tǒng)軸的移動方向正向設(shè)置），修改外部脈沖當(dāng)量分母為1（圖5）。兩者的商為坐標(biāo)軸的實際脈沖當(dāng)量，即每個位置單位所對應(yīng)的實際坐標(biāo)軸移動的距離或旋轉(zhuǎn)的角度，即系統(tǒng)的電子齒輪比。通過設(shè)置外部脈沖當(dāng)量分子和外部脈沖當(dāng)量分母，可實現(xiàn)改變電子齒輪比的目的。也可通過改變電子齒輪比的符號，達(dá)到改變電機旋轉(zhuǎn)方向的目的。

圖5 機床參數(shù)配置

本次XK731數(shù)控鏜銑床升級改造增加了第4軸。第4軸采用華中數(shù)控全數(shù)字交流伺服驅(qū)動單元HSV-160B+-030。針對華大電機110ST-M06020LFB進(jìn)行控制，則需對交流伺服系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置，進(jìn)入第一層選擇PA—0，進(jìn)入運動參數(shù)模式，按上下鍵調(diào)整到PA—34再按S鍵進(jìn)入修改參數(shù)為2003，即可打開擴(kuò)展模式，HSV-160B+-030共有24種擴(kuò)展參數(shù)，按S退出調(diào)整到PA—43（驅(qū)動器類型）進(jìn)入修改其參數(shù)值為1206，用以選用的電機匹配。重新調(diào)整到PA—34并輸入密碼1230，然后按M鍵切換到EEWP1方式，按S鍵將修改或設(shè)置值保存到伺服驅(qū)動器的EEPROM中去，完成保存后，數(shù)碼管顯示FINISH,完成驅(qū)動器參數(shù)設(shè)置，重新上電完成驅(qū)動器設(shè)置（圖6）。

修改第三軸軸名為A，先進(jìn)入主菜單界面，同時按住ALT+X進(jìn)入DOS界面，輸入edit para再回車，然后輸入數(shù)控系統(tǒng)密碼HIG，進(jìn)入?yún)?shù)索引的坐標(biāo)軸參數(shù)--3軸進(jìn)行軸名修改為A，再修改回參考點方式參數(shù)為3（以規(guī)定的方向壓下參考點開關(guān)后，接收到第一個Z脈沖的位置加上參考點偏差即為A軸參考點位置），如圖7所示；然后返回DOS界面，按N回車退出修改界面，保存修改的參數(shù)，重新上電，完成第4軸修改。

4 結(jié)語

再制造技術(shù)就是讓已經(jīng)老化或故障的機器設(shè)備重新煥發(fā)生命活力的過程。以舊的機器設(shè)備為毛坯，采用專門的工藝和技術(shù)，在原有制造基礎(chǔ)上進(jìn)行一次新的制造，而且重新制造出來的產(chǎn)品，其性能和質(zhì)量都不亞于原有的產(chǎn)品。原有XK731數(shù)控鏜銑床1個主軸和3個進(jìn)給軸，經(jīng)數(shù)控化升級改造后增加了第4軸（配以煙臺生產(chǎn)的旋轉(zhuǎn)工作臺），可以實現(xiàn)四軸聯(lián)動，加工功能增加許多。經(jīng)實踐證明，無論在在加工精度、控制功能、可靠性等各項指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計要求。華中世紀(jì)星HNC-21MD數(shù)控系統(tǒng)功能齊全，接口信號完整，可以同時連接步進(jìn)驅(qū)動電機和交流數(shù)字伺服電機，使用面寬廣，邏輯保護(hù)及報警功能完善，具有較大的穩(wěn)定可靠性。

圖6 全數(shù)字交流伺服驅(qū)動器參數(shù)設(shè)置

圖7 第四軸（A軸）參數(shù)設(shè)置

基金項目：福建省科技廳2017引導(dǎo)性項目（2017H0042）；工業(yè)引導(dǎo)性（重點）項目。