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。
2 s+ u& F0 T* Y! T, n4 T, Y2 NUM1060Ⅱ型数控系统
! X2 q2 }# ^- y2 O. r6 p0 k6 U: n& rNUM1060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。
: C, d8 ^, _7 N/ {# X, D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
% S+ s8 q4 Q# s( g- M; O1 J$ K' 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。
注：双轴组功能涉及的PLC变量：
. z9 h1 E# H  R7 p" b%W2.2
' M8 h8 y0 ^) y3 D' f公共轴组与独立轴组切换
%W17.B
' A6 M7 s4 q" w6 E2 ?  i- x3 M轴组选择，用于显示相应轴组数据
%Wg03.B
7 M- u& e! L8 v' D! M1 N. [" f8 j独立轴组工作方式选择(g=1～8为轴组号，下同)
%Wg00.5
- a, p- ]2 z9 o% C" f0 A! k轴组g的M功能应答信号
%Wg01.2
% f- \. f- \8 f$ J; H$ H/ y独立轴组g的循环启动请求
& Y- D* C7 n9 [0 f, T  b4 N) {%Wg01.1
独立轴组g的循环停止请求
%Wg02.B
轴组g的进给倍率
, n3 e2 [8 q% O: Z' u) L2 N6 K%Wg1E.W
! P: N4 j$ n3 g轴组g要求应答的M功能编码
" z, `/ P0 L) M0 k* j%Wg7C.L
* T  ~: g. g( J' b% v4 R& h轴组g的刀具号
同步轴功能涉及的PLC变量：
! @& l9 F) i3 `5 y: B%W4.4
& ^1 U; q# P, ?5 W! ?轴同步信号
4 该机床的参数设定
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。
注：双轴组功能相关的参数：
P97
, E, x6 D" S; M: x1 I+ a系统轴组数，该参数定义数控系统的轴组数
1 j' s; c( C: p9 [; }P0
5 e2 q4 I9 D9 u7 Q被显示的轴，该参数定义数控系统被显示的轴
6 D5 s8 M7 Y5 y: W0 T* s, A8 RP2
测量轴，该参数定义数控系统测量轴
, x& L, Q# q- u+ p# w) |" y' SP3
伺服轴和插补轴，该参数定义数控系统伺服轴和插补轴
P5
' {3 k  u& N1 B+ g9 i3 b. [轴组的机床配置，该参数定义轴组的机床类型
P9
. \3 P) Q/ [0 u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：
+ [1 b- r5 `& {0 {1 bP27
双轴关联定义，该参数用来将一从动轴分到相应的驱动轴
P28
. X$ u. M; N4 F3 Q2 w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
! Z$ f" n7 n% A& `% c( OP24
2 p" v- G" w& _% z' X- B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
* F, S' n+ T0 ?2 o) `7 s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。
5 X% h9 }8 k6 C/ r9 l7 Z6 I: r9 z5 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。
& B+ }' \5 C7 ]7 F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。
例如：
; y9 ]9 v+ w# c  T7 o+ G2 T%8.1
2 U+ ?. Z: u( w0 T轴组1的程序序号
N10…
; v/ C: N9 r% @0 [) \N20…
" @9 n( S, c  t, c. i* W; R- t( \, JM30…
7 e" m5 S% m/ |( u. hN40 G78 Q1
N50…
N60…
N70 G78 Q2 P1.2
! R% }; n3 P; E# O4 _& l0 ~7 X等待%8.2中的Q1
N80…
8 ]; r, k3 F4 u* I2 W+ n1 u, f# }%8.2
( c5 ^& i2 l" j0 {. ~7 m轴组2的程序序号
$ \) X# m& L" F: ZN10…
N20…
N30…
N40 G78 P1.1
等待%8.1中的Q1
4 l' n' @* ]3 }0 h+ UN50…
N60…
, g7 [# e; o+ M5 W) F* `N70 G78 Q1
N80…
3 U: J/ L/ Z, A& z1 @/ f5 MN90 G78 P2.1
$ N: l8 d) s' V) y% 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。
" _, w; {4 w! S% _0 J1 c' C( C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。
/ g; E. v* y$ p  D5 t文章关键词： 数控机床