基于HNC-210B華中數(shù)控系統(tǒng)的雕銑機(jī)床控制

羅敏，劉凌云，陳凌云，陳志楚

(湖北汽車工業(yè)學(xué)院電氣工程系，湖北十堰442002)

數(shù)控雕銑機(jī) (CNC Engraving and Milling Machine)是數(shù)控機(jī)床的一種。顧名思義，數(shù)控雕銑機(jī)可以雕、也可銑，與雕刻機(jī)相比:主軸、進(jìn)給伺服電機(jī)功率、床身承受力更大，同時(shí)保持主軸的高速，更重要的是精度很高。其優(yōu)點(diǎn)是:可進(jìn)行比較細(xì)小的加工，加工精度高;可對(duì)軟金屬進(jìn)行高速加工;缺點(diǎn)是:由于剛性制約不可能進(jìn)行重切削。

圖1 多系統(tǒng)切換控制數(shù)控雕銑機(jī)

EM5060 數(shù)控雕銑機(jī)床原控制系統(tǒng)為基于PMAC運(yùn)動(dòng)控制卡的工控機(jī)控制方案。為了能在該機(jī)床上實(shí)施國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的性能測(cè)試和比對(duì)等工作，特此將該機(jī)床改造為多系統(tǒng)切換控制的數(shù)控雕銑機(jī)床。新增的2 種國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)分別是華中數(shù)控系統(tǒng)和廣州數(shù)控系統(tǒng)，見圖1。文中將專門介紹華中數(shù)控系統(tǒng)對(duì)EM5060 雕銑機(jī)的控制方案。

1 華中數(shù)控硬件方案

硬件方案以華中210BM 數(shù)控裝置，匹配三洋交流伺服搭建半閉環(huán)控制系統(tǒng)，配置框圖見圖2。X、Y、Z 3 個(gè)坐標(biāo)軸配750 W 三洋伺服電機(jī)，最高轉(zhuǎn)速3 000 r/min，增量編碼器2 000 線/轉(zhuǎn)。3 個(gè)進(jìn)給伺服電機(jī)均經(jīng)過(guò)彈性聯(lián)軸器與滾珠絲杠相連，絲杠螺距均為5 mm。X、Y 軸伺服電機(jī)無(wú)抱閘，型號(hào)P50B08075HS1J;Z 軸伺服電機(jī)帶抱閘，型號(hào)P50B08075HCS1J;3 個(gè)伺服電機(jī)均匹配三洋RS1A03AA 伺服驅(qū)動(dòng)器。主軸速度控制接口使用模擬量10 V 接口，配臺(tái)達(dá)VFD037V43A 變頻器，所驅(qū)動(dòng)電主軸額定功率3 kW。系統(tǒng)配置遠(yuǎn)程I/O，包括2 個(gè)PNP 型16 點(diǎn)輸入模塊和2 個(gè)NPN 型16 點(diǎn)輸出模塊。

圖2 數(shù)控系統(tǒng)硬件配置框圖

2 華中HNC-08MD 數(shù)控軟件

(1)HNC-08MD 系統(tǒng)文件的構(gòu)成

HNC-08MD 系統(tǒng)文件全部存放在CF 卡，即系統(tǒng)C 盤下HNC-08MD 目錄，它包含以下文件夾和文件。在HNC-210BM 固化數(shù)控裝置中采用非固化的系統(tǒng)軟件，需將HNC-08MD 系統(tǒng)軟件拷貝到CF 卡內(nèi)，更改A 盤的AUTOEXEC. BAT 文件，使其開機(jī)后自動(dòng)地運(yùn)行C 盤的HNC-08MD 軟件目錄下的N. BAT 文件即可。

BPT:存放系統(tǒng)所保存“斷點(diǎn)文件”的一個(gè)文件夾。

DATA:存放系統(tǒng)所有參數(shù)、數(shù)據(jù)之類的文件。

DLX:主要存放系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)等文件的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)文件夾。

EXT:存放系統(tǒng)擴(kuò)展程序的文件夾。

FONT:存放系統(tǒng)字庫(kù)的文件夾。

MENU:存放系統(tǒng)菜單文件的文件夾。

PLC:存放PLC 相關(guān)的一些文件及文件夾。

PROG:存放加工程序的文件夾。

CNTBLE. DAT:進(jìn)行中文輸入的中文字庫(kù)選擇表。

CWSDPMI. EXE:DOS16 和DOS32 切換的一個(gè)文件。

HCNC. ICO:公司圖標(biāo)。

N. BAT:系統(tǒng)啟動(dòng)文件，選擇啟動(dòng)的主體文件及加載密碼。

NCO8KEL. CFG:系統(tǒng)的配置文件。

NC08V112. EXE:系統(tǒng)的主體運(yùn)行程序，由N. BAT 調(diào)用。

PARAM. NOT:參數(shù)的注釋文件，在參數(shù)設(shè)置表中對(duì)參數(shù)項(xiàng)進(jìn)行注釋說(shuō)明，可以以文本方式打開。

TRIP. CHR:字體文件。

V. EXE:可以查看系統(tǒng)的各個(gè)文件的版本信息。

WATTCP. CFG:TCP/IP 協(xié)議的配置文件。

(2)NC08KEL. CFG 系統(tǒng)配置文件修改

DRV=． DLX DRV210B. DLX;配置面板驅(qū)動(dòng)路徑

PLC=． PLC PLCV30. PLC;配置PLC 路徑

PLCDATA=． PLC data210B;配置PLC 數(shù)據(jù)文件路徑

DATAPATH=． DATA ;配置系統(tǒng)參數(shù)文件的路徑

PROGPATH=． PROG ;配置系統(tǒng)G 代碼文件的路徑

BPTPATH=． BPT ;配置系統(tǒng)保存斷點(diǎn)的文件路徑

EXTPATH=． EXT ;配置系統(tǒng)擴(kuò)展代碼的文件路徑

HLPPATH=． HELP ;配置系統(tǒng)幫助文件路徑

SLVNUM=5;配置系統(tǒng)從站數(shù)目。

PLATFORM=NC;系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境選擇NC。

(3)系統(tǒng)啟動(dòng)文件N. BAT

nc08v13 %1

執(zhí)行當(dāng)前目錄下的nc08v13 文件進(jìn)入系統(tǒng)。%1為帶參數(shù)的批處理。此方式進(jìn)系統(tǒng)，無(wú)任何權(quán)限，需手動(dòng)輸入權(quán)限:系統(tǒng)級(jí):sys;機(jī)床級(jí):mac;用戶級(jí):user。

(4)HNC-08MD 系統(tǒng)軟件的DOS 啟動(dòng)

①ALT+Q，進(jìn)入DOS;

②DOS 下執(zhí)行“pssd clrwp a:”，清除a 盤寫保護(hù);

③進(jìn)入a 盤，更改a 盤的autoexec. bat 文件，在該文件中去掉autorun，增加:

C:

CD HNC-08MD

N

使其進(jìn)入CF 卡所在的C 盤，再進(jìn)入HNC-08MD目錄，運(yùn)行N. BAT。

④更改a 盤下config. sys 文件，去掉HIMEM 和EMM386 兩個(gè)擴(kuò)展內(nèi)存驅(qū)動(dòng)，使08MD 系統(tǒng)獲得更大的內(nèi)存。

⑤DOS 下執(zhí)行“pssd writeback a:”，進(jìn)行a 盤回寫。

3 進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)的連接與設(shè)定

數(shù)控系統(tǒng)伺服接口XS31 ～XS33 分別與三洋伺服驅(qū)動(dòng)器CN1 接口相連，具體連接如圖3 所示。該伺服接口信號(hào)由三部分信號(hào)組成: (1)從三洋伺服驅(qū)動(dòng)器反饋給數(shù)控系統(tǒng)的編碼器信號(hào); (2)從數(shù)控系統(tǒng)發(fā)給伺服驅(qū)動(dòng)器的“脈沖+方向”位置指令;(3)數(shù)控系統(tǒng)與伺服驅(qū)動(dòng)器間一般輸入輸出信號(hào)，如“報(bào)警復(fù)位”、 “伺服打開”、 “軸準(zhǔn)備好”等信號(hào)。圖3 中，Y7.0、Y7.2、Y7.4 分別是X、Y、Z 軸的“報(bào)警復(fù)位”信號(hào);Y7.1、Y7.3、Y7.5 分別是X、Y、Z 軸的“伺服打開”信號(hào);X9.0、X9.1、X9.2分別是X、Y、Z 軸的“軸準(zhǔn)備好”信號(hào)。

圖3 伺服驅(qū)動(dòng)接口

伺服驅(qū)動(dòng)器與伺服電機(jī)的連接參見圖4，該圖給出X 軸驅(qū)動(dòng)器的連接，其他軸與之類似。驅(qū)動(dòng)器動(dòng)力電源采用三相200 V 交流電源，從CNA 之R、S、T 端子接入;驅(qū)動(dòng)器控制電源采用單相200 V 交流電源，從CNA 之r、t 端子接入。驅(qū)動(dòng)器CN2 是編碼器反饋接口。

圖4 伺服驅(qū)動(dòng)器與伺服電機(jī)的連接

按照?qǐng)D3 和圖4 的伺服連接，還需要對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)和數(shù)控系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行匹配設(shè)定。三洋伺服驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)參數(shù)和一般參數(shù)的設(shè)定分別見表1 和表2，與之相匹配的主要華中數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)見表3。

表1 三洋伺服驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定

表2 三洋伺服驅(qū)動(dòng)器一般參數(shù)設(shè)定

表3 華中數(shù)控系統(tǒng)邏輯軸配置表設(shè)定

4 主軸驅(qū)動(dòng)的連接及設(shè)定

主軸驅(qū)動(dòng)使用10 V 模擬量接口，其連接如圖5所示。

圖5 主軸驅(qū)動(dòng)的連接

(1)數(shù)控系統(tǒng)側(cè)主軸參數(shù)整定

P0352 =12 000:主軸A 擋最高轉(zhuǎn)速。當(dāng)系統(tǒng)指令S12000 時(shí)，XS91 主軸控制接口輸出10 V 模擬電壓。

P0371 =1:主軸A 擋減速比。

(2)臺(tái)達(dá)變頻器參數(shù)整定

P00 =01:主頻率輸入由模擬信號(hào)0 ～10 V 輸入(AVI)。

P01 =01:01:運(yùn)轉(zhuǎn)指令由外部端子控制，鍵盤STOP 鍵有效。

P03 =400:最高操作頻率400 Hz，與10 V 模擬電壓對(duì)應(yīng)。

5 機(jī)床坐標(biāo)軸零點(diǎn)的建立

機(jī)床回參考點(diǎn)的過(guò)程示意圖如圖6 所示，包括3個(gè)階段:

(1)從點(diǎn)A 開始回零，運(yùn)行至點(diǎn)B 檢測(cè)到回零擋塊被壓下的信號(hào)，開始減速，至點(diǎn)C 停止。這是回零的第一階段，屬于高速運(yùn)動(dòng)階段，其移動(dòng)速度在參數(shù)3021 ～3023 (對(duì)應(yīng)X、Y、Z 軸)中設(shè)定，均設(shè)為5 000 mm/min。

(2)從點(diǎn)C 開始反向，至點(diǎn)D 檢測(cè)到回零擋塊松開后，開始減速，至點(diǎn)E 停止。然后再反向，至點(diǎn)F 再次檢測(cè)到回零擋塊被壓下的信號(hào)。這是回零的第二階段，屬于低速運(yùn)動(dòng)階段，其移動(dòng)速度在參數(shù)3031 ～3033 (對(duì)應(yīng)X、Y、Z 軸)中設(shè)定，均設(shè)為200 mm/min。

(3)第二階段到點(diǎn)F 檢測(cè)到回零擋塊被壓下的信號(hào)后，即進(jìn)入回零第三階段，找零階段。由于電機(jī)編碼器零脈沖寬度有限，因此找零階段的速度不能設(shè)太高。此階段運(yùn)動(dòng)速度在參數(shù)3041 ～3043 (對(duì)應(yīng)X、Y、Z 軸)中設(shè)定，均設(shè)為20 mm/min。

圖6 回零過(guò)程示意圖

6 結(jié)束語(yǔ)

采用華中數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)EM5060 雕銑機(jī)床的控制，于2013年6月成功投入運(yùn)行。現(xiàn)總結(jié)如下:

(1)華中數(shù)控HNC-210B 系統(tǒng)是一款基于工控機(jī)的開放式數(shù)控系統(tǒng)，既可以使用其固化的210BM 系統(tǒng)軟件，也可以改裝08MD 等其他非固化式系統(tǒng)軟件。改裝08MD 軟件最大的好處是支持PLC 梯形圖編程。

(2)華中數(shù)控HNC-210B 系統(tǒng)伺服控制接口采用脈沖序列方式，主軸控制接口采用10 V 模擬量，均可以方便地與第三方伺服驅(qū)動(dòng)和主軸驅(qū)動(dòng)進(jìn)行連接和匹配。

(3)華中數(shù)控HNC-210B 系統(tǒng)除提供本地I/O外，還可以連接遠(yuǎn)程I/O 模塊。

(4)華中數(shù)控HNC-210B 系統(tǒng)的伺服接口中除編碼器反饋信號(hào)和脈沖指令外，還配置了通用I/O 接口，以方便數(shù)控系統(tǒng)與伺服驅(qū)動(dòng)之間的握手信號(hào)連接。

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