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：
2 v  h0 I+ `' D- G" z- M! _& Z1. CNC功能
! ], w4 x8 }* |# Y' G+ k3 c•控制1~6轴，4轴联动，1~2主轴，可分为1~4个轴组。
•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。
4 B3 q/ \: e7 z- M% F) B, ~•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。
- p$ G4 U/ B/ H, p$ z3 w4 y8 I+ Q•外部E参数（用户可以通过E参数来读取或改变CNC的状态）。
1 b4 d- p8 x& ~5 C9 [•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。
  Y8 r4 W$ E/ _  S6 t2. PLC功能
•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。
•最大256I/O，2个模拟输入，1个中断输入，1个模拟输出。
# R5 I# e/ T* o% i, L•梯形图及C语言编程，CRT上可动态监视。
•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。
二、凸轮磨床介绍
0 o( s  i9 T/ m) ]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。

凸轮磨床示意图
该机床有以下特殊功能：
( k* p5 ?2 ~0 l" v" lG01----螺旋插补
G06----抛物线插补
! {$ H. g2 Y3 |: U. b: f$ lG51----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；
" k/ [& m" B1 k/ oM50----摆动停止；  M51----摆动开始
G89----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。
修正位置定义：
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
+ r, s  ?; k2 |" m9 P$ X* t# ~( q7 A修正数据定义：
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
1 c, y8 G2 f0 _0 [砂轮线速度编程：S--0~35 m/s
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。
三、改造方案
0 P% F8 W1 {$ F" h+ K6 g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。
4 ^6 ~% ~, [1 i我们定义功能指令如下：
G151：Z轴振荡ON
4 Q& G# W( [& w1 uG150：Z轴振荡OFF
格式：G151 EW**EP**
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。
9 D! R) |; [- U. ?8 a! nG100：螺旋线插补循环
) v" w/ B" `1 W9 I+ P+ T( R- U2 C/ S格式：G100 X**C**F**
& H; B1 h+ h3 r8 `说明：X, C---终点处X, C轴的绝对坐标值， F---进给速度
G106：抛物线插补
8 y) o" F' W2 u格式：G106 X**C**P**Q**F**
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
$ @$ _; j/ H$ f8 ]& t# fF---进给速度
G189：砂轮修正循环
+ H, A% B6 D, O4 h; j5 g1 ?格式：G189 EF**EN**ER**
3 O1 x) x. `6 n3 s. m说明：EF---粗、精修正选择， EN---修正次数，ER---修正量
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。
7 B# k- S$ K: P* P, K1 XG196：主轴线速度编程
! S" Y% F6 l, ^4 y; |/ t6 f' P格式：G196  ES**
说明：ES**---砂轮线速度
, Z3 `6 y: t* f- D+ x, Y5 w四、应用总结
1 S8 r9 C+ B& m: j7 e4 k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。
4 I9 r9 n. q" @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。
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。
0 a% \; a0 S# N1 ]0 y: R文章关键词： 数控磨床