NUM系统在数控磨床改造中的应用

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一、NUM系统介绍
NUM1020/1040系统是紧凑且功能完善的32位数控系统，特别适合于1~6轴的数控机床。在硬件方面采用了CMOS电路，光纤通讯技术及模块化的设计思想，减少了系统和外部的连线，大大提高了整个机床电气的可靠性；NUM数控系统具有很强的开放性、灵活性，CNC内部的许多信息都对用户开放，方便了用户进行程序的第二次开发，同时提供结构化编程和高级语言编程。具体特点如下：
5 h4 J0 x2 x0 l- a" S2 |7 Y1. CNC功能
•控制1~6轴，4轴联动，1~2主轴，可分为1~4个轴组。
7 V. Q* P% u! a* _5 i+ K•提供交互式的编程模块，2维CAD软件PROFIL，ISO编程语言和绘画式编程语言PROCAM，结构式编程和高级语言编程。
•工件程序可设4个保护区。
•自定义G指令，可用G指令修改已经存在的固定循环或因其它需求而增加新的固定循环。
•M功能和PLC功能可调用子程序。
•外部E参数（用户可以通过E参数来读取或改变CNC的状态）。
•Dynamic operator（动态操作）编程。所谓动态操作是在系统每个系统扫描周期都被执行的操作方式，它使用简单的操作指令可以直接实时处理轴的运动和输入/输出。
0 j, i9 N8 h5 R- {/ b1 V2. PLC功能
$ w  |, k& E5 |2 q8 ~% o8 J& F•内置PLC。
•输入输出模块设计，有效隔离，输出口负载能力为2A，远程I/O模块采用光缆连接，简化电路设计，提高可靠性。
3 L. }/ R+ S# |3 k9 r% K•最大256I/O，2个模拟输入，1个中断输入，1个模拟输出。
& k$ y: O* v6 q4 B•梯形图及C语言编程，CRT上可动态监视。
" B9 ]8 h( A  c" t) b+ H•PLC图形界面编辑，用户可根据机床特点编写自己的图形界面。
# A! K& A2 S8 ?1 B- F; q% L4 H二、凸轮磨床介绍
; I2 j$ X1 G( [5 n# }' ?瑞士KOPP公司的FSK21.3数控凸轮磨床原采用专用系统，纸带机输入程序，该机床坐标轴为X、Z、C(见下图)，坐标原采用直流伺服后改为SIEMENS 611A交流伺服，与HAIDENHAIN光栅形成全闭环控制，主轴采用INDRAMAT交流伺服控制。

3 d$ ~) J* b0 v凸轮磨床示意图
4 J+ b' v, c. E) A' U该机床有以下特殊功能：
/ h1 Y, W# k6 N2 \1 r! u4 ~; aG01----螺旋插补
G06----抛物线插补
' M. c2 e+ f1 F  ]G51----Z轴摆动磨削，定义振荡宽度及频率： W--宽度、0.2~32mm，F--频率、0~60HZ；
M50----摆动停止；  M51----摆动开始
4 u  p$ E& v# m; G/ sG89----砂轮半径和外型修正，调用修正循环，提取修正位置文件、修正数据文件。
2 A" n/ C1 i/ f- n% v修正位置定义：
+ _0 U, \# R) r+ K) h) @K--砂轮半径， R--X轴修正位置， Z--Z向启动位置，W-- Z向结束位置
: N* y. K' c# B& P修正数据定义：
% d3 _+ @, H- e. c' f: _/ c* {A--参考地址， E--进给次数， D--空行程次数， V--修正量， F--进给速度
砂轮线速度编程：S--0~35 m/s
. K& T  G+ e7 L尤其是摆动磨削功能是X轴、C轴进行插补时，要求Z轴按一定的频率和行程摆动，以提高零件光洁度，这要求系统具有多任务处理的能力。
( S# O. r+ o7 \三、改造方案
6 B% {' G" g. \; [; X从公司实际运转的机床来看，SIEMENS 840C、FANUC 18系统可满足机床功能要求，但是系统价格高，技术支持少，二次开发工作量大，由于轴、主轴伺服驱动保留，二者均为模拟接口，我们选择NUM1020GS系统改造该设备，利用NUM系统的Dynamic operator（动态操作功能）及外部E参数编程实现机床功能要求。
. q7 f. l: B9 v0 R8 o我们定义功能指令如下：
G151：Z轴振荡ON
+ d! ]9 g% k! e- B! B& a6 T2 MG150：Z轴振荡OFF
& V6 I2 m$ _, \/ u# |3 |格式：G151 EW**EP**
: N# i6 a% f' [! q/ C说明：EW---振荡宽度，  EP---振荡频率
该指令主要用于凸轮精加工，程序在执行过程中遇到指令G151，Z轴便在当前位置进行宽度为EW的振荡，而不影响加工程序的执行，除非用G150指令来取消。
+ J8 [; W$ d! o7 OG100：螺旋线插补循环
格式：G100 X**C**F**
说明：X, C---终点处X, C轴的绝对坐标值， F---进给速度
, n# x+ O  e. u3 S& P% uG106：抛物线插补
格式：G106 X**C**P**Q**F**
# p' n. B" X- p4 c+ H2 j说明：X, C---终点处X, C轴的绝对坐标值，   P, Q---起点、终点的切线角
1 ?" W  _) ^4 a8 ], J* WF---进给速度
G189：砂轮修正循环
格式：G189 EF**EN**ER**
说明：EF---粗、精修正选择， EN---修正次数，ER---修正量
8 U' f( ~) D& N" K砂轮半径、修正位置等数据储存在刀具偏置表中，在程序运行时自动计算与更改。
G196：主轴线速度编程
格式：G196  ES**
% b0 C6 E4 s4 X  ^  j4 R说明：ES**---砂轮线速度
1 {- Z* Z+ z% @5 z# o7 n1 d5 D1 F四、应用总结
7 n' `0 T9 z% X4 T通过以上改造方案，我们成功恢复该凸轮磨床的正常加工性能，使停机一年多的设备重新投入运转，机床运行稳定可靠，操作较简单。
在成功改造凸轮磨床后，我们使用NUM1020/1040系统改造了德国产DRH2/1500双柱立式磨床，改造德国产SS13程控缓进磨床为数控磨床，改造德国产P250H程控滚齿机为数控滚齿机等，均取得了较好的效果。
/ N0 x: N% N+ ~. n( S$ [NUM系统在以上设备的成功应用，充分发挥了其良好的开放性和灵活性，表明在旧设备改造上有较强适应性可满足旧机床多种特殊要求，性价比较高。
; N9 j6 s# y5 U+ @* |, A. }" I3 A文章关键词： 数控磨床