动龙门双轴组数控机床的电气设计和改造

流氓弟子

1. 机床电气的控制系统
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控系统（CNC）、伺服驱动系统、主轴变频调速系统及机床的输入和输出的PLC控制系统等。数控系统主要完成人机对话操作和六个坐标轴与两个主轴及机床辅助装置的控制。由于该机床的控制轴数及多轴组的要求，采用NUM Power 1060系统为性能价格比最佳的数控系统。
& i+ n; P( _; J4 r! j2. NUM Power 1060数控系统的特点
) Y1 i5 g. j4 {NUM Power 1060是世界上最高档的系统之一。具有功能性强、开发性好及稳定性高的特点。NUM Power 1060系统可以控制八个轴，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、LC程序和用户文件，强大的通讯功能，提供了3个通讯接口及RS232、RS485、RS422通讯方式任意选择。强大的网络功能为用户预留了网络接口。
针对该机床，其应用了NUM Power 1060很多强大的功能。
2.1多轴组功能
3 Z' O4 |4 U9 V4 I5 p2 X7 P' ?该机床具有双主轴且能够同时切削，要求系统必须具备双轴组功能。双轴组的控制优点就是系统内部具有两个相对独立的通道，每个通道有相对独立的PLC、NC信息交换区、M代码、T代码及PLC变量和标志位。
7 L" `$ O7 }! v: z, G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。
# z, x1 |+ T' M4 Y: E: S0 s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。而且在每个轴组中可以实现系统给定的联动轴数。
2.2龙门同步功能
该机床为动龙门结构，且跨度较大，必须采用双驱动方式。这要求两个伺服电机保持同步。采用NUM的同步轴功能，即用两个轴口，对两个电机进行驱动，NC的软件来保证它们具有相同的加速度、速度环和位置环。（见下图）

图   系统同步轴控制方法
如图1所示，X1、X2为同步轴，NC对它们的速度环、位置环等进行控制，保证它们的严格同步。
/ U# H4 N) f) X( F8 H3. NUM Power 1060的PLC
3 R4 v+ [" G6 O, E3 n1 {" |* Y$ }NUM1060系统内置式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读外界数据是通过%I变量，而PLC输出给外界数据是通过%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、分时的方式，特别适合于比较复杂的PLC程序的编写。NUM提供了强大的PLC指令，PLC程序可以动态的在屏幕上显示。通过在WINDOWS环境下运行的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。
双轴组功能涉及的PLC变量：
# y- n5 ?- m  m' e  F5 Z# e' d6 ]8 d" t%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。
%Wg03.B    独立轴组工作方式选择。        %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。   %Wg01.1    独立轴组g的循环停止请求。
%Wg02.B    轴组g的进给倍率。               %Rg1E.W    轴组g要求应答的M功能编码。
%Rg7C.L    轴组g的刀具号。
$ U6 M% {+ D, X$ d; V5 _同步轴功能涉及的PLC变量：
%W4.4      轴同步信号。
, a% _  }+ }3 P3 N& Z' p1 _/ Z4. 该机床的参数设定
NUM1060的参数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、通讯参数的设定、DISC轴参数的设定等八个方面。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。
  P; x" |% [! Y" |双轴组功能相关的参数：
P97该参数定义数控系统的轴组数 P0该参数定义数控系统被显示的轴
5 }8 [  l1 V: U/ \2 j0 @P2该参数定义数控系统测量轴  P3该参数定义数控系统伺服轴和插补轴
P5该参数定义轴组的机床类型  P9 该参数用来将轴名与实际地址联系起来
. v9 }  ~$ K+ C0 Q同步轴功能的相关参数：
. \3 t; N" ?/ P' \* W  s& e. m" DP27   该参数分配从动轴和主动轴。     P28    该参数用来使能主动轴和从动轴的同步。
0 M' ^5 c% m+ ~7 W9 aP24   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。
5. 工件程序编制所注意的问题
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。
! H2 N/ [" C3 J6 t例如：     %8.1  轴组1的程序序号           %8.2  轴组2的程序序号
此外还有G78轴组同步功能，因为同步轴放在1轴组中，所以轴组同步在程序编制过程中一定要注意。
$ j# B2 I. M3 S8 E例如：                       %8.1             %8.2
N10…            N10…
% z+ ~1 u7 e4 J3 [4 O7 ]9 pN30…            N30…
N40G78Q1    N40G78P1.1等待%8.1中的Q1
" ^: h5 E& Q/ _  C! h6 u! h; s/ B等待%8.2中的Q1 N70G78Q2P1.2     N70G78Q1
0 }  G6 V- K! ?8 e( m3 y, FN80…              N80…
N90G78P2.1
当程序%8.1中出现标志1的时侯，%8.2N40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%8.2N90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中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。
文章关键词： 数控机床