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。
7 y8 v& j, c/ H- ^! A/ W2 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。
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。
3 NUM1060数控系统的PLC
6 D$ H" L# f2 _8 R9 I1 l6 GNUM1060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。
+ g4 T* _) S3 e; d6 ?7 m注：双轴组功能涉及的PLC变量：
# v$ u' W6 x( r( B* E: F%W2.2
公共轴组与独立轴组切换
3 M8 S. }4 J0 H%W17.B
8 X# F: N0 E; Z9 o) Q3 B. k轴组选择，用于显示相应轴组数据
%Wg03.B
独立轴组工作方式选择(g=1～8为轴组号，下同)
%Wg00.5
& O# k0 t5 J0 B# c轴组g的M功能应答信号
8 t8 u: l& a$ _7 W' {$ o%Wg01.2
% }: `; O7 @6 v6 h" U5 r% y独立轴组g的循环启动请求
  C3 f% M6 o3 \! y" C! j/ D%Wg01.1
" \, Y% A% Z+ f5 G5 C0 p独立轴组g的循环停止请求
3 j0 ~5 S; n+ Q& S' d%Wg02.B
" c* r( ]" ^- u# j% y+ H) _$ R轴组g的进给倍率
%Wg1E.W
轴组g要求应答的M功能编码
%Wg7C.L
- f3 l& u% F: ]3 D# z4 t轴组g的刀具号
- U1 ?- P5 l% s9 f4 R# [同步轴功能涉及的PLC变量：
%W4.4
- d" A4 e7 u' T9 S1 I" x轴同步信号
2 Y0 r. H4 w) `+ F0 ^' M4 该机床的参数设定
. G' }. a. j; z/ i5 V) cNUM1060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。
) M  c- u' y/ E+ g注：双轴组功能相关的参数：
P97
系统轴组数，该参数定义数控系统的轴组数
5 C. j3 k7 g5 L* F* s+ E' iP0
被显示的轴，该参数定义数控系统被显示的轴
P2
5 S( I1 y; J2 T" D3 E测量轴，该参数定义数控系统测量轴
P3
% T# N1 N6 G/ K) }伺服轴和插补轴，该参数定义数控系统伺服轴和插补轴
" H6 {( L8 A6 kP5
轴组的机床配置，该参数定义轴组的机床类型
5 X3 V9 p7 D, g( s- R+ QP9
* c- b0 k$ G( U7 _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：
+ {2 g! p! `& m6 YP27
双轴关联定义，该参数用来将一从动轴分到相应的驱动轴
4 M. v# e" j' X  l+ j$ h% IP28
. Q3 W. V7 N4 B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
* I. k6 R( v& Y! qP24
* h9 W6 Z' ?1 r3 k: M: P1 E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
8 v5 j+ k' c( Q+ N$ ~4 Y' J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。
$ M1 n+ n5 e$ G' C5 该机床工件编程所注意的问题
* i6 B2 ^9 p' \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。
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。
& u7 k( K4 C3 w! s例如：
) Z0 h8 Y8 J/ o; G; q4 @1 K%8.1
$ f0 C: l# ?& z, W轴组1的程序序号
7 Y0 U5 s9 N+ |& h0 l. B! ]N10…
/ y5 ]5 M5 [/ @! Z% |' F! ~: qN20…
! g/ u$ P) C. [& D, M4 c0 `6 }3 xM30…
N40 G78 Q1
N50…
+ A$ @( w; l, E  j; ]N60…
N70 G78 Q2 P1.2
等待%8.2中的Q1
9 }& D7 \7 h) j8 tN80…
" L' ^! H9 O5 Z% v* o  V) }' D) U- o%8.2
3 i) \6 x; V! [* V7 \" ^轴组2的程序序号
N10…
) \4 ]) |8 T5 l% {N20…
N30…
- Z* i/ G2 Q" u* M" k* ON40 G78 P1.1
+ h" m  Z7 [9 g" h  N2 p+ }: M* q等待%8.1中的Q1
9 Z# i4 ^6 Q7 D( x  Y" IN50…
* B4 ^8 f- I4 \6 {1 AN60…
N70 G78 Q1
N80…
( m4 J- k) \* d3 T) \* [/ U( DN90 G78 P2.1
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。
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