动龙门双轴组数控机床的设计

tigerwenfu

1 机床电气控制系统
* Q2 f2 |) i) m4 R' c4 P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 r% j3 I; U2 E# Y2 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
7 n8 G7 o* B7 W& uNUM1060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。
# H/ J5 L, q9 T1 m( S5 a注：双轴组功能涉及的PLC变量：
5 O- h, f5 f  u%W2.2
公共轴组与独立轴组切换
%W17.B
轴组选择，用于显示相应轴组数据
' g3 A7 {& x% s%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
%Wg01.2
独立轴组g的循环启动请求
8 n- U. c6 {7 D/ @& R4 u5 o' ^%Wg01.1
独立轴组g的循环停止请求
& O$ y) R3 E& y) L  E4 ?4 Z%Wg02.B
7 i1 c5 W- m1 i轴组g的进给倍率
%Wg1E.W
轴组g要求应答的M功能编码
' U1 K" f: F7 k4 m+ Z& @! Q! V%Wg7C.L
轴组g的刀具号
* F+ b( w4 t2 D% n( T% B' h8 G, E同步轴功能涉及的PLC变量：
%W4.4
5 w* \+ i% Y7 G. a. P* J5 W轴同步信号
+ i8 ]) {5 U+ j  ]( O% \4 该机床的参数设定
' W& V; O7 I2 L3 oNUM1060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。
; g+ ^# {0 Y7 f0 e6 c: c9 s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
9 r- O1 p$ A9 H) G' ?P0
6 j) H2 k) g7 K/ ~% L3 Y被显示的轴，该参数定义数控系统被显示的轴
4 h+ u% g0 {6 J1 m7 SP2
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
7 L0 |: I( q3 q1 D. VP5
, h6 L1 q& ?% c# M轴组的机床配置，该参数定义轴组的机床类型
' E+ E2 Y# O9 B, m& Z8 U$ EP9
. Y6 ~6 U& ~. _轴分配到轴组，该参数用来将轴名与实际地址联系起来
/ t. G/ b8 R+ w& b) Z, `( m同步轴功能的相关参数：
P27
! g' P- f* ~& g) Y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
2 |! m7 Z% o: ^) N' Z5 _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
P24
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
6 W: r$ q2 P7 K1 W8 C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 该机床工件编程所注意的问题
* e: \5 e, B5 E% e" v: I& W* Q. X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。
例如：
%8.1
3 [2 c' l+ D9 F+ {0 Q+ W轴组1的程序序号
: l  _% ]! W3 S( R6 A( T( w" sN10…
$ l( g, Z" P! F( MN20…
1 U) f' F& k( A) I7 ]+ R+ XM30…
0 f$ c: G, a4 cN40 G78 Q1
& V  l1 i# Y% I9 n. v! D1 y$ x9 F+ [: LN50…
* w. x# o+ O6 u4 P# ON60…
) t8 D8 \  G: XN70 G78 Q2 P1.2
等待%8.2中的Q1
* @* Z& O- o- f+ T8 c1 D2 lN80…
  `! X1 L7 x& ^( ~! ~* W%8.2
轴组2的程序序号
2 i4 L7 Q6 i3 y# F! \N10…
( x( _9 q. ]; B( f+ S: ~N20…
4 W" m4 y; u4 T" x+ B# I) eN30…
. [) m4 C2 g, \+ B$ o) z' ?N40 G78 P1.1
等待%8.1中的Q1
N50…
N60…
4 X# g& w8 U4 C" s" _N70 G78 Q1
8 ]' K6 Z; T) ^N80…
& s* Z7 i# S+ y1 kN90 G78 P2.1
! x; H9 K2 p  K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。
5 W- P9 f* S8 Y  _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