中达自动化方案在外圆磨床上的高效应用

魔神

    

1 引言

外圆磨床是对胚件外圆进行研磨，并对胚件尺寸精加工、同时通过精加工实现胚件表面光洁度。因此，外圆磨床是加工精度很高的机床。而其加工的工件也相对固定，这就给中达通用型数控系统提供了展现高开放性的很好平台。

中达通用型数控系统的显示画面、内部PLC、I/O点规划、内部参数规划都是开放的，可依照需求修改和规划，能实现对相对固定工件加工数据的直观输入，不需修改G代码程序，使操作者的工作简单、简化，提高效率。

2 外圆磨床工作原理

外圆磨床使用两个伺服轴X、Y。电机带动夹头和工件旋转，同时，砂轮也旋转，工件和砂轮旋转轴心是平行于X轴的两个轴，旋转方向相反，通过砂轮和工件表面的摩擦加工工件。两个伺服轴X轴、Y轴的移动，改变工件的直径和形状。外圆磨床属于精度较高的机床，对基台、丝杠、数控系统、伺服的要求都比较高。传统外圆磨床是用液压带动Y轴运动，这使加工工件受到很大限制。使用数控之后，Y轴的位置和速度的可控性、NC程序的自动修整砂轮，使加工工件的范围大大增大。

3 基于台达自动化平台的数控外圆磨床解决方案

由于使用需求和设计的不同，不同机床的机械和电气设计也不尽同，中达通用型数控系统的开放性，能最大程度满足每台机床的特殊要求。

依托母公司台达系列齐全的自动化产品，中达能以最经济、简便、高效的方式，为机床客户量制解决方案。采用由中达高开放性PUTNC-H4C-2数控系统、台达ASDA-B伺服系统、VE系列变频器组成的数控磨床整体解决方案，能使机床制造商、最终客户都得到满意服务与效益最大化。

3.1 PUTNC-H4C-2数控系统的技术特点

图1PUTNC-H4C-2数控系统

台达PUTNC-H4C-2数控系统如图1所示。工件定义画面如图2——图5所示。

（1）开放式的系统架构，内含嵌入式PLC，能满足各类制造商的不同要求。

（2）高清晰LCD液晶显示，用户可自行规划画面内容。

（3）最多驱动3路伺服轴（X、Y、A）。

（4）配合PLC开发，可自定义按键功能，使操作更灵活。

（5）提供标准24点输入和16点输出，可选配I/O扩展单元，56点输入，64点输出。

图2 工件选择画面

 

图3 1号工件设置画面

 

图4 2号工件设置画面

 

图5 砂轮修整画面

3.2MCM数控参数修改

00012500 ;022 Tool #1 radius compensation

00000006 ;058 X-axis，Backlash compensation，0～255

00000027 ;059 Y-axis，Backlash compensation，0～255

00001500 ;061 X-axis，JOG Feed-rate & power-on G01 speed

00001500 ;062 Y-axis，JOG Feed-rate speed

00000010 ;064 X-axis，Resolution Denominator，(Encoder pulse)

00000004 ;065 X-axis，Resolution Numerator，(Ball-screw pitc

00000010 ;066 Y-axis，Resolution Denominator，(Encoder pulse)

00000004 ;067 Y-axis，Resolution Numerator，(Ball-screw pitc

00003000 ;079 X-axis，G00 Traverse speed limit

00003000 ;080 Y-axis，G00 Traverse speed limit

00000000 ;082 X-axis，Direction of motor rotation，0=CW，1=CCW

00000001 ;083 Y-axis，Direction of motor rotation，0=CW，1=CCW

00006000 ;093 X-axis，Software OT limit，(+) direction

00006000 ;094 Y-axis，Software OT limit，(+) direction

-09999999 ;096 X-axis，Software OT limit，(-) direction

-00342000 ;097 Y-axis，Software OT limit，(-) direction

00000256 ;136 X-axis，Home grid direction during HOME executio

00000256 ;137 Y-axis，Home grid direction during HOME executio

00000004 ;141 X-axis，Denominator，MPG resolution calc.

00000010 ;142 X-axis，Numerator，MPG resolution calc.

00000004 ;143 Y-axis，Denominator，MPG resolution calc.

00000010 ;144 Y-axis，Numerator，MPG resolution calc.

-00000001 ;161 X-axis Pitch Error mode

-00000001 ;162 Y-axis Pitch Error mode

00060000 ;164 X- 轴导螺杆螺距误差补偿每段长度设定

00050000 ;165 Y- 轴导螺杆螺距误差补偿每段长度设定

00000000 ;167 X- 轴40段补偿量设定 -1

-00000002 ;168 X- 轴40段补偿量设定 -2

-00000002 ;169 X- 轴40段补偿量设定 -3

00000010 ;207 Y- 轴40段补偿量设定 -1

00000006 ;208 Y- 轴  40 段补偿量设定 -2

-00000004 ;209 Y- 轴  40 段补偿量设定 -3

-00000008 ;210 Y- 轴  40 段补偿量设定 -4

00000002 ;211 Y- 轴  40 段补偿量设定 -5

-00000001 ;212 Y- 轴  40 段补偿量设定 -6

-00000001 ;213 Y- 轴  40 段补偿量设定 -7

3.3 加工变量定义

 

#300	工件样式选择
#301	工件 1 砂轮离工件 X 方向距离 A
#302	工件 1 砂轮离工件 Y 方向距离 B
#303	工件 1 第一段直径 C
#304	工件 1 第二段直径 D
#305	工件 1 第一段宽度 E
#306	工件 1 第二段宽度 F
#307	工件 1 砂轮宽度 G
#308	工件 1 粗磨进给量 X1
#309	工件 1 半精磨进给量 X2
#310	工件 1 精磨进给量 X3
#311	工件 1 工进速度 F2
#312	工件 1 粗磨次数
#321	工件 2 砂轮离工件 X 方向距离 A
#322	工件 2 砂轮离工件 Y 方向距离 B
#323	工件 2 第一段直径 C
#324	工件 2 第二段直径 D
#325	工件 2 第一段宽度 E
#326	工件 2 圆弧半径 R
#327	工件 2 砂轮宽度 G
#328	工件 2 粗磨进给量 X1
#329	工件 2 半精磨进给量 X2
#330	工件 2 精磨进给量 X3
#331	工件 2 工进速度 F2
#332	工件 2 粗磨次数
#341	砂轮离金刚笔 X 方向距离 A
#342	砂轮离金刚笔 Y 方向距离 B
#343	砂轮厚度（只读）
#344	砂轮修整量
#345	砂轮修整速度
#346	新砂轮修整量

 

3.4 NC程序范例

（1）新砂轮修整程序：新砂轮修整是要把一个新的平砂轮，修整成如图 4 所示的砂轮，一侧是一个一定半径、一定弧度的圆弧。这个圆弧的半径和弧度是根据待加工工件的圆弧的半径和弧度计算所得，待加工工件如图 4 中所示。

o0005

G65 P#460 L3 A#342 B2.

G65 P#464 L31 A12.5 B4200

G65 P#465 L32 A12.5 B4200

G65 P#466 L03 A12.5 B#465

G65 L1 P#461 A0

G00 Y-#460

X-#341

G01 V-2. F#345

N10

G03 U-#466 V#464 R12.5

G02 U#466 V-#464 R12.5

V-16.

V15.960

G65 L2 P#461 A#461 B1

G65 P10 L84 A#461 B250

G01 V-0.01

G03 U-#466 V#464 R12.5

G02 U#466 V-#464 R12.5

V-10.

V10.

G01 V0.005

G03 U-#466 V#464 R12.5

G02 U#466 V-#464 R12.5

V-10.

V10.

M02

（2）工件 2 加工程序 ： 因为加工工件的砂轮一侧有圆弧型，所以需使用刀具半径补偿的指令 G40 、 G41 、 G42 。需要在 MCM 参数中做出设定： 00012500 ;022 Tool #1 radius compensation （第一组 R 刀具半径补正值设定）。

o0002

G65 P#430 L3 A#322 B20.

G65 P#431 L2 A#321 B12.5

G65 P#432 L3 A#431 B#326

G65 L1 P#433 A0

N20

G00 Y-#430

X-#321

G41 X-#431 Y-#430 D1

U-#328 V-#328

G01 V-35. F#331

G03 U#326 V-#326 R#326

G01 V#326

G40 X-#432 Y-#430

G65 L2 P#433 A#433 B1

G65 L84 P20 A#433 B#332

U-#329 V-#329

G01 V-35. F#331

G03 U#326 V-#326 R#326

G01 V#326

G40 X-#432 Y-#430

U-#330 V-#330

G01 V-35. F#331

G03 U#326 V-#326 R#326

G01 V#326

G40 X-#432 Y-#430

M02

4 台达伺服系统与变频器

4.1 ASDA-A系列交流伺服系统

ASD A -A 系列进阶型交流伺服系统和 ASDA-B 标准型交流伺服系统是台达电子集团分别于 03 年和 05 年推出的 2 款主流伺服产品，能够全方位满足工业用户的需求，特别在 CNC 机床的应用上，性能表现更加优异。台达伺服针对于 CNC 机床领域特点：

（ 1 ）内建完整的三种（位置 / 速度 / 转矩模式）基本控制机能，可以方便的和上位控制器连接。

（ 2 ）动态响应性好，伺服整定时间 1ms 、空载状态下 -3000RPM～3000RPM 的加速时间 10ms 。

（ 3 ） PDFF （ Pseudo-Derivative 　 Feedback 　 and 　 Feedforward ）强健式控制架构相应更快速、对外部干扰有更强的抑制补偿能力，从而能够保证车刀切削瞬间，或其它外力突然介入时，伺服定位或定速被影响很少，如图 5 所示。

（ 4 ）伺服的自动增益调整功能，能自动评估负载情况并合理设置伺服增益，从而使伺服调试更简单、更快捷，且伺服定位更精准，无超越量和加速度过冲。

（ 5 ）提供共振抑制功能和低通滤波器功能，能有效弥补机械的不足和缺陷。

（ 6 ）台达 ASDA-A 系列进阶型交流伺服系统更具有分度定位功能，配合 CNC 系统 PLC 的 I/O 规划，能轻松实现伺服刀库控制。

4.2 台达VFD-VE系列磁束向量控制交流变频器

VFD-VE 系列是台达为满足高端市场于 2007 年推出的一款全新产品，其频率输出范围为 0 ～ 600Hz ，而 V2H 型的输出更高达 3600Hz ，完全能满足 CNC 机床高速主轴的控制需求。利用独特位置控制功能，配合 H4CL-T 系统的 C 轴机能亦可实现主轴任意角度分度功能。

VFD-VE 系列交流变频器特点：

（ 1 ）内置 V/F ，向量控制；转矩控制，以及位置控制功能。

（ 2 ）频率输出范围为 0 ～ 600Hz ，高端机型的输出更高达 3600Hz 。

（ 3 ）速度控制精度： FOC+PG 闭回路控制，可达 +/-0.02% 。

（ 4 ）低速力矩： 0.5HZ 可达 150% 。

（ 5 ）可做马达参数和负载惯量估测以及高速弱磁曲线估测功能。

（ 6 ）机械煞车控制功能、瞬时停电时减速功能。

（ 7 ）马达温度回授保护（ PTC ）功能。

5 结束语

当今加工业飞速发展，而自动化产品在加工业大量应用。可以看出，加工行业正在整体向自动化控制迈进。中达通用型数控系统具有高开放性、高稳定性的特点，在很多专用加工机械上都有很大的发展空间和潜力，再配合中达其他自动化产品——如伺服系统、变频器、编码器、导轨丝杠等，组成的整体解决方案，不仅能使客户的机床产品在稳定性和质量上都有质的飞跃，而且也能使机床所加工出来的产品，在质量和效率上都有很大程度提高。