CASNUC2100M 数控系统在6轴控制4轴联动玻璃雕刻机床中的应用

魔神

     在装饰行业中，玻璃是一种传统的建筑装潢材料，作为玻璃深加工的玻璃雕刻也得到广泛应用。而目前国内采用的传统玻璃雕刻方法主要是手工操作如喷沙雕刻、腐蚀雕刻和手持砂轮雕刻等。但这些方法污染重、精度差，而玻璃雕刻数控机床则采用先进的数控系统，提高了雕刻精度，降低了污染，为此我公司根据市场的需要，与广东中山玻璃机械公司合作完成了玻璃雕刻数控机床的研制。

1．玻璃雕刻机的机械结构

    玻璃雕刻机采用直角龙门式结构，有6个传动轴，分别是X、Y、Y´，Z、C、S轴。其中X、Y、Z轴用来控制磨削砂轮的空间位置；Y、Y´是同步轴(因为该机床的横梁很长必须由两个电动机同步驱动)；C轴绕Z轴旋转，控制砂轮的偏转姿态角；X、Y、Y´，Z、C轴是联动的；主轴S带动砂轮旋转，在玻璃加工时S轴高速旋转研磨玻璃，在刀库换刀时起主轴定位的作用，如图1所示。

2．玻璃雕刻机数控系统

    (1)硬件　该系统采用了航天数控CASNUC2100数控系统作为硬件平台，硬件部分使用的是高性能的奔腾处理器和IPC工业主板，内存可以扩充(最大容量跟主板型号有关)。其系统是一个总线式、模块化的数控系统，由无源总线板、CPU模块、位置控制模块、I/O控制模块、A/D数据采集模块等构成，如图2所示。

    ①控制轴数6轴。每块位置控制卡控制4轴，第一块板控制X、Y、Z、C轴伺服，第二块板控制Y´、主轴伺服，伺服为交流伺服单元。接口信号有给定、反馈和报警信息。

    ②联动轴数4轴。

    ③主轴控制：连接主轴伺服。

    ④模/数转换器12Bit输入0- -5V。

    ⑤显示部件：LCD显示。

    ⑥通信能力：RS(232接口)。

    ⑦软、硬盘接口。

    ⑧微机键盘。

    ⑨存储器控制：硬盘、DOC/DOM。

    ⑩I/O接口：32入/24出，根据控制需要插两块I/O板。

    (2)软件　数控系统的软件采用模块化的方式编程，主要包括系统管理模块、人机接口模块、通信模块、加工程序预处理模块、刀补模块、插补模块以及逻辑控制模块。各模块相对独立，在调度管理模块的协调下进行数据的交换。

    ①特点是：该系统的电动机的同步控制、主轴定位和抛光磨损实时补偿是本系统控制的重点和难点。由于玻璃雕刻机床同步控制的轴相距较远，有约3m的距离，如果同步性能不好，其加工精度就不能保证，严重时还会造成丝杠等精密零件的损坏，因此本控制系统通过软件对两同步电动机反馈脉冲进行位置检测，并根据实际偏差进行补偿，较好地解决了此问题。另外在抛光加工时，磨轮磨损较快，为保证抛光轮压力恒定，根据磨轮电动机功率检测数据，对抛光轮磨损进行实时动态补偿，使磨削效果得到保证。

    ②主要功能：该系统控制软件功能强大，不仅具有直线插补、圆弧插补、刀具长度补偿、刀具半径补偿等功能，还根据玻璃雕刻机床的特点增加了主轴准停定位、砂轮压力检测、砂轮磨损手动和自动补偿、刀库数据管理、平行轴同步偏差检测和补偿、砂轮尺寸检测等特殊功能。

    ③辅助自动编程软件。直接对加工图案进行数控编程不仅繁琐复杂、效率低下，而且有可能不能完成编程任务。为使用简便，我公司与北航海尔公司联合开发了CAXA玻璃雕刻自动编程软件。该软件能将线条数据转化为数控系统能够识别的指令数据，操作者只需输入所要雕刻线段的中心线，并设定每条线条宽度、线条深度以及初始段和结尾段的长度(初始段和结尾段的长度为逐步降刀和逐步提刀所经过的路径长度)，编程系统便能自动计算出砂轮的走刀轨迹，并根据玻璃的加工工艺，自动确定加工速度、主轴转速以及其他辅助功能，产生数控系统能够识别的数据指令代码，提供给数控系统使用。【MechNet】