凱恩帝K100Ti－D數控系統的調試

■山西百一機械設備制造有限公司 （太原 030003） 張晉宏

凱恩帝K100Ti－D數控系統的調試

■山西百一機械設備制造有限公司 （太原 030003） 張晉宏

摘要：本文主要闡述了凱恩帝K100Ti-D數控系統的連接與調試，介紹了進給驅動器、主軸、手搖脈沖發生器、電子齒輪比、機械零點、進給軸限位、反向齒輪間隙補償和機床參數的存盤等相關內容的連接、設置與操作。

K100Ti-D是北京凱恩帝數控技術有限責任公司針對中國國情開發生產的新一代兩軸聯動經濟型車床用數控系統。

1. 凱恩帝K100Ti-D數控系統的調試

凱恩帝K100Ti-D數控系統有豐富的接口用以外接進給驅動器、模擬主軸變頻器、主軸編碼器、手搖脈沖發生器、RS232C串行接口及PLC I/O等外部設備。具體連接情況如圖1所示。

K100Ti-D數控系統的PLC程序已經由凱恩帝公司編輯完成，用戶不需要自行編寫。K100Ti-D數控系統的調試主要是機床參數的調整。

圖1　凱恩帝K100Ti-D數控系統的硬件連接

2. 進給驅動器連接與調試

凱恩帝K100Ti-D數控系統進給驅動器接口XS51、XS52既可以接步進驅動器，也可以接伺服驅動器。與之兼容的步進驅動器有KND-BD3H、KNDBD3L、KND-BD3D及KNDBD3S等系列步進驅動器；兼容的伺服驅動器有日本安川Σ系列、松下MINAS-A/A4系列及凱恩帝SD100、SD200系列伺服驅動器等。

接伺服驅動器時，應將系統主板上的設定開關SA1、SA2設為ON狀態，將SA3設定開關的1 -2端子置為ON。接步進驅動器時，將SA1、SA2設為OFF狀態，將SA3設定開關的2-3端子置為ON。驅動器的運動指令為雙脈沖形式時，應將系統主板上的設定開關SA4設為ON狀態；驅動器的運動指令為脈沖+方向形式時，將SA4設為OFF狀態。

連接K100Ti-D和驅動器。依據具體的驅動器種類，調整系統主板上的設定開關S A1、SA2、SA3和SA4。接通K100Ti -D系統和驅動器的電源后，若數控系統顯示器屏幕上有驅動報警，而相應驅動器屏幕上無報警，可調整參數P002位參數DAL：驅動器報警電平選擇，然后按系統復位鍵即可消除報警。

進給驅動器本身的參數設置隨所選驅動器種類的不同而不同，但必須注意以下幾點：驅動器的運動指令形式參數的設置應與K100Ti-D相同；驅動器加速時間常數與減速時間常數應設為0；為保證進給軸聯合插補時具有相同的跟蹤性能，各驅動器速度環比例增益、速度環積分時間常數及位置環比例增益等應設為相同的數值。

3. 主軸的連接與調試

K100Ti-D支持兩種類型的主軸：開關量控制的有級變速主軸和變頻器控制的無級變速主軸，即模擬主軸。設置系統參數P004的位參數SANG=0，激活開關量控制的有級變速主軸；反之，SANG=1，激活模擬主軸。

指令有級變速主軸旋轉時，在PLC接口XS50中輸出主軸正傳信號M03或反轉信號M04，通過中間繼電器帶動接觸器來使主軸

電動機向相應方向旋轉。有級變速主軸的變擋是通過在加工程序中分別指令S01～S04，PLC附加輸出接口XS57可直接輸出SO1～SO4主軸4擋變速信號，輸往機床強電柜執行主軸變擋。系統不檢測變擋的完成情況，執行S00指令時，關閉S01～S04的輸出。

模擬主軸時，主軸旋轉指令的輸出與有級變速主軸相同。不過，XS50接口中M03、M04信號吸動的中間繼電器，其觸點是輸往變頻器的數字輸入部分，用以指令變頻器正傳或反轉。加工程序中用地址S+4位數值，直接指定主軸的轉速（r/min）。作為結果，在主軸模擬輸出接口XS56中輸出相應的0～10V電壓，輸往變頻器的頻率給定。

模擬主軸的換擋分為自動換擋與手動換擋兩種情形。設定機床參數P036的位參數AGER=1，選擇自動換擋機能。加工程序中M41指令選擇主軸1擋，M42指令選擇主軸2擋。換擋指令發出時，系統根據M41或M42指令在PLC輸出接口XS57中輸出M41O 或M42O信號。M41O或M42O信號輸往機床強電柜去執行主軸變擋。K100Ti-D檢測PLC輸入接口XS54中傳回的變擋結束信號M41I或M42I。相應的變擋完成信號到來后，變擋結束。

設置機床參數P036的位參數AGER=0、P043位參數JGER=1時，激活模擬主軸手動換擋功能。主軸同樣有兩個擋位可以選擇。所不同的是，換擋不是在加工程序中選擇，而是由PLC輸入信號M42I進行選擇。M42I=0時，選擇主軸1擋，M42I=1時，選擇主軸2擋。變擋的其余過程與自動換擋時相同，在此不再詳述。

4. 連接手搖脈沖發生器

XS55接口為手搖脈沖發生器接口。將機床參數P004位參數HPG設定為1，即可激活手搖脈沖發生器。

5. 設置電子齒輪比

通過設置電子齒輪比，當不同螺距的絲杠與不同步距角的步進電動機或者裝有不同線數編碼器的伺服電動機配合，并通過不同變速齒輪聯結時，可以使編程距離與實際運動距離保持一致。

機床參數P005定義X軸電子齒輪分子；P006定義Z軸電子齒輪分子；P007定義X軸電子齒輪分母；P008定義Z軸電子齒輪分母。對于步進電動機來說：電子齒輪分子/電子齒輪分母=（360/ a）×L×100×c，其中，a為步距角（°）；L為電動機一轉對應的機床移動量（mm）；c正常為1，X軸并且為直徑編程時，設定為2。

對于伺服電動機來說：電子齒輪分子/電子齒輪分母=（P/ L）×1 000×c，其中，P為電動機一轉對應的反饋脈沖數；L為電動機一轉對應的機床移動量（mm）；c正常為1，X軸并且為直徑編程時，設定為2。

例如X軸伺服系統選用KND SD200=30，電動機軸與工作臺之間接有減速箱，減速箱的減速比為1∶7，工作臺絲杠螺距6mm，直徑編程。對凱恩帝伺服驅動來說，標配電動機的編碼器是2 500脈沖/轉，驅動器內有4倍頻電路，所以P=4×2 500=10 000，L=絲杠螺距×減速箱減速比=6/7mm，則電子齒輪比為：電子齒輪分子/電子齒輪分母=P/L×1 000×c=10 000/[6/7× （1 000×2）]=35/6，則相應的機床參數為：P005=35；P007=6。

6. 機械零點的設置

K100Ti-D系統有兩種常用的回機械零點的方法。一種是安裝有機械回零減速開關的回零方式，稱為回零方式B；另一種沒有安裝機械回零開關，稱為回零方式A。

設定機床參數P002位ZRSZ/ X=1、ZCZ/X=0，選擇回零方式B。回零開始后，工作臺以參數P004位ZMZ/X指定的回零方向、以參數P009（X軸）或P010（Z軸）指定的快速移動速度向機械回零減速開關的方向運動。此后，K100Ti-D數控系統開始檢測PLC接口中的回零減速開關信號*DECX（X軸）、*DECZ（Z軸）的狀態。當檢測到*DECX或*DECZ信號的下降沿時，工作臺速度下降為由參數P027指定的低速。當減速開關釋放，減速信號觸點重新閉合，系統開始檢測編碼器零位信號PC。檢測到PC信號的下降沿后，運動停止，同時機床坐標值清零，返回參考點操作結束。

回零方式A的機械零點，也稱為浮動機械零點。這時，應設置機床參數P002位ZRSZ/X=0。設置過程是：在手動方式下，將機床軸移至擬定的機床零點位置，按著操作面板上的【取消】鍵不放，再按相應軸的地址鍵

（如X鍵或Z鍵），則相應軸的機床坐標值被清零，該點被設定為該軸的浮動機械零點。浮動機械零點設置好后，應在手動方式下將該軸沿反方向移開后，進行一次回零操作，浮動機械零點才能正式生效。回零點時，工作臺以參數P004位ZMZ/X指定的回零方向、以參數P009（X軸）或P010 （Z軸）指定的快速移動速度運動到浮動機械零點位置，相應軸的機床坐標值被清零，返回參考點操作結束。

浮動機械零點設置完成后，以后系統送電重啟，不再需要回機械零點的操作，系統可以再現上次斷電后各軸的坐標值。回零方式B的回機械零點方式，系統送電重啟，只有進行了回機械零點的操作后，數控系統才能建立起有效的坐標系統。

7. 設置進給軸軟、硬限位

調試至此時，進給軸已經可以自由開動，機床坐標系也已經建立。但是，出于安全的考慮，除了應為各進給軸設置硬限位開關外，還應設置軟件限位。

在PLC附加輸入接口XS54中接入硬限位信號*LMZ/X、*LPZ/ X，并設置機床參數P001的位參數MOT=0，以激活硬限位開關。

回參考點操作完成后，在手動方式下移動相應軸正反兩個方向至接近硬限位開關處，記住相應的坐標值，將+X方向的軟極限坐標值寫入參數P015中，將-X方向的坐標值寫入參數P017中，將+Z方向的坐標值寫入參數P016中，將-Z方向的坐標值寫入參數P018中。

8. 進給軸反向齒輪間隙補償

進給軸反向齒輪間隙的補償，隨進給驅動器選擇步進驅動器還是伺服驅動器，以及驅動器的運動指令為雙脈沖形式還是單脈沖形式的不同，相應的機床參數設置也是不同的。若選擇伺服驅動器，應設置機床參數P001位參數CPF4、CPF3、CPF2、CPF1=1100，參數P003位參數BDEC、BD8、RVDL=000。若選擇步進驅動器，則參數P001位參數CPF4、CPF3、CPF2、CPF1=0000，參數P003位參數BDEC、BD8、RVDL=111。若驅動器的運動指令為單脈沖形式，應設置機床參數P003位參數KSGN=1，若選擇雙脈沖形式，此參數無意義。

上述參數設置完畢后，在相應進給軸上安裝千分表，在手輪狀態下移動進給軸至壓上千分表，將千分表和顯示器屏幕上該軸坐標值同時清零。在手輪的×1擋狀態下，將該軸反向移動10mm，然后再向千分表方向運動至千分表歸零。記住顯示器屏幕上該軸坐標值歸零與千分表歸零的次序與兩次歸零之間的差值。若該軸坐標值先歸零，則相應的反向齒輪間隙補償值為正值，反之為負值。對于X軸，將該值寫入機床參數P011中，對于Z軸，將該值寫入機床參數P012中。

9. 機床參數的存盤

K100Ti-D系統標配一個電子盤，電子盤為非易失性存儲器。使用電子盤可以備份系統當前的用戶數據。當電池不足或由于其他原因使電池保持的數據丟失時，可迅速將保存在電子盤內的數據讀入，使加工程序、機床參數等數據恢復。電子盤有6個區，系統當前的數據可以存在任何一個區中，也可從任一個區讀取數據作為當前使用的數據。

機床參數調試完后，應當進行一次存盤。操作如下：顯示程序畫面，選擇編輯方式，依次按操作面板上的【N】鍵、數字鍵【1】、【存盤/復制】鍵，即可將數據存入電子盤的1區。若機床參數丟失、損壞，要將電子盤1區中的數據讀入工作區，操作如下：開機時同時按操作面板上的【插入】鍵+【1】鍵，開機后按【RESET】鍵即可完成。

10. 結語

K100Ti-D數控系統的技術性能指標可以滿足目前我國工礦企業大多數情況下臥式車床或立式車床的數控化改造要求。工程實踐中普遍遇到的精確進給與定位、兩軸插補等技術問題，通過選擇K100Ti-D，都可以迎刃而解。同時，與進口數控系統的同類產品相比，K100Ti-D的調試不需要調試軟件來進行NC系統的初始化和編寫PLC用戶程序。筆者的工程實踐證明，應用本文介紹的方法和次序進行相應的機床參數的設定，即可完成數控系統的調試過程。

參考文獻：

[1] 龔仲華.交流伺服與變頻器應用技術（安川篇）[M].北京：機械工業出版社，2012.

收稿日期：（20141207）