动龙门双轴组数控机床的设计

tigerwenfu

1 机床电气控制系统
' f% g# r% e7 r7 K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 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
NUM1060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：
%W2.2
公共轴组与独立轴组切换
%W17.B
' j  u* E. k( R  @: Z轴组选择，用于显示相应轴组数据
%Wg03.B
' {5 N3 ~" G) ^& _独立轴组工作方式选择(g=1～8为轴组号，下同)
%Wg00.5
8 k- S) p" X' R* p8 z9 {轴组g的M功能应答信号
%Wg01.2
8 [1 w% n( Q, I. s$ n" m独立轴组g的循环启动请求
% Y" f+ u: |$ ?$ R  a%Wg01.1
独立轴组g的循环停止请求
%Wg02.B
: o2 ^  n0 m* _" R轴组g的进给倍率
%Wg1E.W
" d7 I7 }' B: G( T轴组g要求应答的M功能编码
%Wg7C.L
轴组g的刀具号
: X4 j' z/ d: d* x0 L& ]* }; [3 U同步轴功能涉及的PLC变量：
' ~* F9 W- n: z+ B: j4 n3 Z0 r%W4.4
轴同步信号
0 A1 l; e8 [) i* l8 q4 该机床的参数设定
' M2 j) j' F  O  h& Z. nNUM1060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：
& ?: s8 ~' `1 rP97
系统轴组数，该参数定义数控系统的轴组数
. o; m" n7 o0 uP0
被显示的轴，该参数定义数控系统被显示的轴
P2
测量轴，该参数定义数控系统测量轴
+ ?( q8 ?: t+ Q+ ~5 I& {+ cP3
6 h& E, b% N6 D' v2 y# ?  [伺服轴和插补轴，该参数定义数控系统伺服轴和插补轴
P5
轴组的机床配置，该参数定义轴组的机床类型
P9
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：
P27
0 I' s! o7 \* U9 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 h8 r) S/ ^) \9 N1 P# k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
& B! Q9 Y6 N% Y$ n) C; w7 ]P24
9 s' q) }" \6 W/ [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
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
* c! u: [" a1 h/ s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：
( b- i1 k2 V$ B5 [9 c4 S%8.1
0 H1 ]* L, o6 \: a5 ~轴组1的程序序号
N10…
N20…
! z9 o& }2 ?  J% Q6 aM30…
( L( M) E, p2 BN40 G78 Q1
N50…
N60…
N70 G78 Q2 P1.2
等待%8.2中的Q1
0 ]% [/ j. U% W/ }N80…
%8.2
# }2 C6 w2 z" ^( d- w( v: B轴组2的程序序号
' z6 Z. t- S# g# {4 g, Y7 F: b% uN10…
( i/ `) T% t* H& \N20…
N30…
! T; k4 c3 k# D* z5 {9 q+ n' k! ~) MN40 G78 P1.1
- m$ x6 g: s" z  l1 X! ?  L: x# O' J% {等待%8.1中的Q1
1 K: x& C3 Q- YN50…
6 F5 _- t$ C, J3 s; b% M( }N60…
$ Z- {, r9 r! z& `! }% wN70 G78 Q1
N80…
  ]6 y8 }: l& W, ?, ], C' iN90 G78 P2.1
7 Z7 W" Q. A/ o" i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。
% `: H" O5 S) `) [9 ?% {' J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