HNC-21M數控系統用于XK731鏜銑床再制造

張欣波，弓清忠，陳佰興，王 澤

（1.廈門理工學院機械與汽車工程學院，福建廈門 361024；2.集美大學機械與能源工程學院，福建廈門 361024；3.福建潯興拉鏈科技股份有限公司，福建晉江 362246）

0 引言

福建潯興拉鏈科技股份有限公司于2006年向武漢華中數控系統有限公司購買的XK731數控鏜銑床，采用華中Ⅰ型HCNC-IHA數控系統控制。該系統是由華中數控系統有限公司研制開發的基于PC-NC的經濟型數控系統，其結構是在個人PC計算機（486以上）安裝控制軟件，通過并口與數控控制板相連接，并由控制板向步進電機的脈沖電源發布方向及脈沖指令來驅動步進電機帶動機械傳動鏈完成機床的進給運動（圖1）。隨著使用年代增加，該系統已嚴重老化，故障率高，原有通信接口出現故障，加上年代久遠，備件已停止生產，維修困難。為滿足生產需求，決定采用華中世紀星HNC-21M數控系統進行升級改造，即保留原有驅動模塊及電機，更換新的數控系統、機床面板，結合華中世紀星HNC-21M數控系統接口信號，編寫新的PLC控制程序，重新匹配機床參數，將原有舊機床升級改造成具有現代技術水平的數控機床。

1 機床控制系統硬件設計

圖1 原有華中I型HCNC-IHA系統控制框圖

武漢華中世紀星HNC-21MD數控單元采用先進的開放式體系結構，內置嵌入式工業PC，配置8.4”或10.4”彩色TFT（Thin Film Transistor，薄膜晶體管液晶）顯示屏和通用工程面板，集成進給軸接口、主軸接口、手持單元接口、內嵌式PLC接口于一體，采用電子盤程序存儲方式以及USB，DNC，以太網等程序交換功能。可實施最大聯動軸數為6軸，并且配置40路開關量輸入和32路開關量輸出，足以滿足該機床的控制要求。圖2為升級改造后的機床控制框圖。

2 機床PLC控制控制系統設計

2.1 PLC地址定義

在系統PLC程序中，機床輸入的開關量信號定義為X（即各接口中的I信號）；輸出到機床的開關量信號定義為Y（即各接口中的O信號）。將各個接口（HNC-21本地、遠程I/O端子板）中的I/O（輸入、輸出）開關量定義為系統程序中的X，Y變量，需要通過設置參數中的硬件配置參數和PMC系統參數實現。世紀星HNC-21數控裝置的輸入輸出開關量占用硬件配置參數中的3個部件（一般設為部件20、部件 21、部件 22），如圖3 所示。

在 PMC（Production Materials Control，生產物料控制）系統參數中再給各部件（部件20、部件21、部件22）中的輸入輸出開關量分配占用的X，Y地址，即確定接口中I/O信號與X/Y的對應關系，從而得到標準銑床PLC程序地址及信號定義（圖4）。

2.2 PLC程序控制

華中世紀星數控系統采用內置式PLC，是一種基于C語言的控制系統。C語言軟件Borland C++3.1是編輯華中世紀星數控PLC程序的軟件，但是Borland C++3.1是需要在DOS的系統環境下才能運行，因此需要在WINDOWS系統中安裝一個DOS的模擬環境來運行Borland C++3.1，或者也可以直接用記事本創建后綴為“.CLD”的源文件來進行編輯PLC程序。華中世紀星數控系統提供了一個虛擬的DOS系統。要編寫一個PLC程序，首先需要在DOS的環境下進入數控軟件的安裝目錄，通過外接鍵盤敲入命令來建立程序，如 C:HCNC2000PLC，在DOS提示符下寫入如下命令：

圖2 XK731機床設計硬件連接框圖

圖3 硬件配置參數中I/O開關量的設置

圖4 硬件配置參數中I/O開關量與X/Y的對應設置

C:HCNC2000plc＞edit plc_aaaab.cld ＜回車＞

這樣就建立了一個程序，并且該程序可以進行編譯運行，只是沒有任何功能。如果要編譯該程序，需要在數控系統的PLC目錄下寫入：

C:HCNC2000plc＞makeplc plc_aaaab.cld ＜回車＞

系統反饋完畢后，DOS系統會再次回到程序目錄。

C:HCNC2000plc＞

這樣，一個簡單的PLC程序就編寫及編譯完畢，編譯出來的文件是plc_aaaab.com。接下來，通過改變數控系統的配置文件，使數控系統在下一次啟動的時候能夠加載剛才編寫的PLC程序。

華中世紀星數控系統必須提供初始化函數int()、高速掃描進程函數plc1()和低速掃描進程函數plc2()。因此，將整個控制程序分成幾個模塊。包括初始化PLC模塊、高速掃描進程模塊、低速掃描進程模塊、系統復位模塊、定向停止模塊和潤滑模塊等。下面以包含初始化函數int()、高速掃描進程函數plc1()和低速掃描進程函數plc2()及系統復位程序為例說明。

3 HNC-21M數控系統的參數配置及優化調整

系統硬件連接及PLC調試完畢后，需針對XK731機床的機械傳動鏈進行參數配置。首先給系統上電，將外部急停信號（本機床為X2.0）與系統本身PMC用戶參數（X2.3）對應起來。各軸電機參數設置，使電機與驅動器能夠很好的配合起來，首先是0，1，2的3個軸的參數設計（即X，Y，Z的 3個軸）。下面以0軸配置為例示范，1軸，2軸同理：修改是否帶反饋的參數為46（不帶反饋），修改步進電機拍數參數為4，修改是否是步進電機參數為1；在軸參數設置中，修改外部脈沖當量分子為-6（其中的負號為系統軸的移動方向正向設置），修改外部脈沖當量分母為1（圖5）。兩者的商為坐標軸的實際脈沖當量，即每個位置單位所對應的實際坐標軸移動的距離或旋轉的角度，即系統的電子齒輪比。通過設置外部脈沖當量分子和外部脈沖當量分母，可實現改變電子齒輪比的目的。也可通過改變電子齒輪比的符號，達到改變電機旋轉方向的目的。

圖5 機床參數配置

本次XK731數控鏜銑床升級改造增加了第4軸。第4軸采用華中數控全數字交流伺服驅動單元HSV-160B+-030。針對華大電機110ST-M06020LFB進行控制，則需對交流伺服系統進行設置，進入第一層選擇PA—0，進入運動參數模式，按上下鍵調整到PA—34再按S鍵進入修改參數為2003，即可打開擴展模式，HSV-160B+-030共有24種擴展參數，按S退出調整到PA—43（驅動器類型）進入修改其參數值為1206，用以選用的電機匹配。重新調整到PA—34并輸入密碼1230，然后按M鍵切換到EEWP1方式，按S鍵將修改或設置值保存到伺服驅動器的EEPROM中去，完成保存后，數碼管顯示FINISH,完成驅動器參數設置，重新上電完成驅動器設置（圖6）。

修改第三軸軸名為A，先進入主菜單界面，同時按住ALT+X進入DOS界面，輸入edit para再回車，然后輸入數控系統密碼HIG，進入參數索引的坐標軸參數--3軸進行軸名修改為A，再修改回參考點方式參數為3（以規定的方向壓下參考點開關后，接收到第一個Z脈沖的位置加上參考點偏差即為A軸參考點位置），如圖7所示；然后返回DOS界面，按N回車退出修改界面，保存修改的參數，重新上電，完成第4軸修改。

4 結語

再制造技術就是讓已經老化或故障的機器設備重新煥發生命活力的過程。以舊的機器設備為毛坯，采用專門的工藝和技術，在原有制造基礎上進行一次新的制造，而且重新制造出來的產品，其性能和質量都不亞于原有的產品。原有XK731數控鏜銑床1個主軸和3個進給軸，經數控化升級改造后增加了第4軸（配以煙臺生產的旋轉工作臺），可以實現四軸聯動，加工功能增加許多。經實踐證明，無論在在加工精度、控制功能、可靠性等各項指標達到了設計要求。華中世紀星HNC-21MD數控系統功能齊全，接口信號完整，可以同時連接步進驅動電機和交流數字伺服電機，使用面寬廣，邏輯保護及報警功能完善，具有較大的穩定可靠性。

圖6 全數字交流伺服驅動器參數設置

圖7 第四軸（A軸）參數設置

基金項目：福建省科技廳2017引導性項目（2017H0042）；工業引導性（重點）項目。