动龙门双轴组数控机床的设计

tigerwenfu

1 机床电气控制系统
本文介绍的动龙门、双主轴、双轴组数控机床主要由机床操作面板(包括显示器)，X1、X2、Y1、Y2、Z1、Z2六个直线坐标轴(其中X1、X2为龙门同步轴)，双主轴及机床的液压、润滑、冷却系统等机床辅助功能组成。机床的电气系统包括数字控制系统(CNC)、伺服驱动系统、主轴变频调速系统及机床的输入/输出PLC控制系统等。数控系统主要完成人机对话操作和6个坐标轴、2个主轴及机床辅助装置的控制。该机床的坐标轴采用日本安川公司Σ系列的伺服驱动系统和伺服电动机，主轴变频调速系统采用日本安川公司626MC5系列驱动器和专用主轴变频调速电动机。由于该机床的控制轴数及多轴组的要求，其数控系统采用法国NUM1060Ⅱ型数控系统。
! t$ b% s/ p0 w2 S, \9 v2 NUM1060Ⅱ型数控系统
NUM1060是NUM公司最高档的数控系统，也是世界上最高档的系统之一。该系统具有强大的功能及友好的界面。NUM1060Ⅱ型数控系统可以控制8个轴，四轴联动是基本配置。系统中的图形功能管理CNC面板显示和键盘，内存用来存储操作程序、PLC程序和用户文件。还提供了两个通信接口及RS232、RS485、RS422通信方式任意选择。此外，还具有强大的网络功能，为用户预留了网络接口。该机床应用了NUM1060很多强大的功能。
& n3 z. H5 z. J$ U# U6 I. \多轴组功能 该机床具有双主轴，而且两个主轴要能够同时切削，这就要求系统具有双轴组功能。双轴组的控制优点就是系统内部具有两个相对的通道，每个通道都有相对独立的PLC、NC信息交换区，M代码、T代码及PLC变量和标志位。系统可在公共轴组方式和独立轴组方式间切换。当系统工作在公共轴组时，两个轴组具有相同的工作方式。当系统工作在独立轴组时，两个轴组可以有不同的工作方式，可独立操作。该机床把X1、Y1、Z1、X2放在轴组1中，把Y2、Z2放在轴组2中，机床的两个主轴分配到不同的轴组中。在不同的轴组中，两个主轴可以分别以自己的转速、方向同时或单独工作，而且在每个轴组中都可以实现系统给定的联动轴数。
龙门同步功能 该机床为动龙门结构，且跨度较大，所以采用双驱动方式，这就要求两个伺服电动机保持同步。采用NUM数控系统的轴同步功能，即用两个轴口对两个电动机进行驱动，用NC软件来保证它们具有相同的加速度、速度环和位置环。
: V/ [# m3 B2 _1 t3 NUM1060数控系统的PLC
& C& ~3 M* M. v' E$ INUM1060系统为内置式PLC，使用NUM系统提供的输入/输出接口与外界进行数据交换，通过PLC的扫描周期刷新存储区内的数据，PLC读取外界数据是通过%I变量，而PLC向外界输出数据是通过%Q变量进行的。内置式PLC与NC之间则通过交换区交换数据，交换区中的内容是NC与PLC之间输入/输出的数据。NUM数控系统中PLC程序的编制采用梯形图形式，是梯形图语言和语句表语言的结合(即语句表指令可以直接写在梯形图上，不需要进行梯形图与语句表的相互转换)，并且其结构为多任务方式，特别适合于PLC比较复杂的程序。NUM提供了强大的PLC指令，PLC程序可以动态地在屏幕上显示。通过可以在WINDOWS系统下运行的PLCTOOL软件，可以实现在PC机上编好的程序与NC进行传输并实现在线监控。
注：双轴组功能涉及的PLC变量：
$ z4 W7 s! q9 `# k5 C%W2.2
公共轴组与独立轴组切换
/ G  s/ w$ M3 \3 N( C- i) {3 f' N%W17.B
. }* n7 w! t& B# k* L* O轴组选择，用于显示相应轴组数据
4 a: x, }4 g+ J  M4 K8 ~, C%Wg03.B
独立轴组工作方式选择(g=1～8为轴组号，下同)
%Wg00.5
轴组g的M功能应答信号
' p4 l1 f5 v2 x( B# X* A%Wg01.2
1 ?, m+ |; i+ U3 {' v独立轴组g的循环启动请求
$ X# C$ f/ U' `4 N) b  t%Wg01.1
& ]% T+ l6 c' n1 l0 F独立轴组g的循环停止请求
%Wg02.B
轴组g的进给倍率
1 m# d- b& {, N% O8 I5 T%Wg1E.W
3 j' Z( k7 U# h2 ^% \轴组g要求应答的M功能编码
% k6 d  p4 G, G! w6 Y! I%Wg7C.L
轴组g的刀具号
( Z- d. ?, X0 n3 m# |1 K+ T同步轴功能涉及的PLC变量：
! y' d$ Q  ]( g: ^' x  s9 w, q%W4.4
轴同步信号
1 ~# w! f' {1 A4 X& r4 该机床的参数设定
& _. e  H8 t4 `NUM1060的参数按数据类型可分为十六进制、三十二进制和十进制等几类。按功能可分为轴的配置、测量参数的设定、伺服控制参数的设定、行程设定、主轴参数设定、辅助功能参数、通信参数的设定、DISC轴参数的设定共8个方面。在参数设定的时候，通过这几个方面去设定，非常方便灵活，易学易用。
) ?1 S% t) @( S+ ?注：双轴组功能相关的参数：
: c" o  A) G9 R# a8 U: OP97
0 r& y, G- V, }& o9 Q: G- q( J系统轴组数，该参数定义数控系统的轴组数
% p' T) e, [4 l- \P0
5 U; W# k: C8 `1 w" |* K) X被显示的轴，该参数定义数控系统被显示的轴
P2
测量轴，该参数定义数控系统测量轴
P3
伺服轴和插补轴，该参数定义数控系统伺服轴和插补轴
* ]* }/ Z7 S& s" G- @6 L4 WP5
轴组的机床配置，该参数定义轴组的机床类型
P9
+ o  |, g5 J0 R4 F* m轴分配到轴组，该参数用来将轴名与实际地址联系起来
同步轴功能的相关参数：
P27
: c2 ]/ V0 q% p; }! K: J% S双轴关联定义，该参数用来将一从动轴分到相应的驱动轴
, ?* t8 G0 x! _. kP28
, D; D/ A8 U9 B. d  {  }7 [同步轴的关联使能，该参数用来使能驱动轴和从动轴的同步
4 v; X: ~* Y* ?5 M8 ^2 W8 v3 aP24
同步轴的对称性，该参数用来指定一个轴允许的同步误差、校正系数和最大同步误差
; o$ L: {3 U" T通过对上述参数的设定，这台动龙门双轴组的数控机床已基本上具有了它相应的功能。
( A3 v3 ]- C; x2 l. U( |5 该机床工件编程所注意的问题
多轴组的加工程序是由对应于每个轴组的程序组合而成。每一程序都有一个共同的基本序号，其后跟一个指定轴组用的索引号。加工程序的子程序不需要索引号。
8 [2 K2 d  G- i& I, J此外对于本机床还有一个特殊的指令，即G78轴组同步功能，因为同步轴放在轴组1中，所以轴组同步在程序编制过程中一定要注意。
, `, r3 J: {' Y5 l' [$ O5 c+ H" _) B例如：
: h7 C  C$ w/ l+ Z1 i& k: X%8.1
轴组1的程序序号
% Q6 C+ m  U. m1 D. ?* EN10…
- j" k- s. K4 s" W& oN20…
M30…
N40 G78 Q1
- b0 `" |+ X: y# zN50…
N60…
  U# Z0 H! y& u! \/ {; o4 vN70 G78 Q2 P1.2
& h( b3 Q. R1 _, I7 O% f8 E( K, n等待%8.2中的Q1
( y( D( d* t1 G) E' P3 k: xN80…
%8.2
3 b1 b0 {* D2 O3 F轴组2的程序序号
N10…
2 T" u) B; L$ e/ j: ]N20…
2 x, d. T; G- O& [5 I' QN30…
N40 G78 P1.1
等待%8.1中的Q1
N50…
N60…
% Q  U; h% q6 L7 qN70 G78 Q1
N80…
N90 G78 P2.1
* d: A, b/ d! `当程序%8.1中出现标志1的时候，%8.2中N40才会往下运行，而%8.2中出现标志1时，%8.1中N70才会往下运行。%8.1中出现标志2时%8.2中N90才会往下运行。
8 h" K7 a! Q  V" q" ]这台动龙门双轴组机床的主要功能和控制均由上面几个方面完成，其中PLC的处理更是这台机床必不可少的。处理好了上面这些参数、变量，双轴组龙门同步的机床便可以正常工作。
这台动龙门双轴组数迭机床已经过有关部门的鉴定。实践表明，NUM1060Ⅱ型数控系统在这台机床上的应用是成功的，对今后使用NUM1000系列数控系统有一定的借鉴作用，也对今后同类数控机床的开发奠定了良好的基础。
文章关键词： 数控机床