基于KND數(shù)控系統(tǒng)的主軸倍率PMC控制研究

龍勇云

（珠海城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機電工程學(xué)院，廣東 珠海 519090）

0 引言

在高速、高精、高質(zhì)量發(fā)展的今天，數(shù)控機床已成為高端制造業(yè)的重要組成部分。數(shù)控機床的維修、維護和升級改造也成為了一個重要課題。而數(shù)控系統(tǒng)中的PMC模塊控制著數(shù)控機床的主軸倍率、進給倍率、快速倍率、急停、潤滑、冷卻、加工中心換刀、排屑等重要功能。國內(nèi)學(xué)者雷楠南［1－2］對FANUC0iD數(shù)控系統(tǒng)的工作方式、手輪倍率進行了編程研究；趙長明等［3］對FANUC進給倍率進行了編程研究；王文江等［4］分析了華中數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控機床進給速度的調(diào)節(jié)及其控制方法；張紅梅［5］分析了數(shù)控機床的8種操作模式以及PMC如何進行編程可使機床處于當(dāng)前需要的工作狀態(tài)。還有一些對安全門防護、車床刀架如何實現(xiàn)換刀控制以及數(shù)控系統(tǒng)信號顯示的研究［6－8］。

KND（凱恩帝）數(shù)控系統(tǒng)、廣州數(shù)控系統(tǒng)和華中數(shù)控系統(tǒng)都是優(yōu)秀的國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)，在大力弘揚自主創(chuàng)新、發(fā)展自有品牌的大背景下，對國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的研究、應(yīng)用以及對國產(chǎn)數(shù)控機床的升級改造顯得越來越重要。主軸倍率控制是數(shù)控系統(tǒng)的一個重要功能，本文以主軸倍率控制為例，詳細講解如何實現(xiàn)基于KND數(shù)控系統(tǒng)的主軸倍率控制。

1 數(shù)控系統(tǒng)PMC信號介紹

所謂PMC（Programmable Machine Controller）就是利用內(nèi)置在CNC的PC（Programmable Controller）執(zhí)行機床的順序控制的可編程機床控制器。數(shù)控機床的順序控制有主軸正反轉(zhuǎn)、換刀、冷卻、潤滑、照明、排屑等。數(shù)控機床順序控制處理的信號都為開關(guān)量。

數(shù)控機床分為NC側(cè)（系統(tǒng)側(cè)）和MT側(cè)（機床側(cè)）兩大部分。NC側(cè)包括CNC系統(tǒng)的硬件和軟件，以及與CNC系統(tǒng)連接的外圍設(shè)備，如顯示器、MDI面板等。MT側(cè)則包括機床機械部分及其冷卻、潤滑、排屑等輔助裝置，以及機床操作面板、繼電器電路、機床強電電路等。

數(shù)控系統(tǒng)的信號交換以PMC為中心，CNC、PMC和MT之間的信號交換如圖1所示。G信號是PMC發(fā)給CNC的信號，主要是使CNC改變或執(zhí)行某種運行的控制信號，在KND系統(tǒng)中如G27.4表示急停信號，G27.5表示進給保持。F信號是CNC發(fā)給PMC的信號，主要反映CNC運行狀態(tài)或運行結(jié)果的信號，比如F0.5表示循環(huán)啟動，F(xiàn)0.6表示伺服準(zhǔn)備好。X信號是MT發(fā)給PMC的信號，主要是機床操作面板。按鈕或其他行程開關(guān)等的輸入信號，如急停按鈕信號，行程開關(guān)信號。Y信號是PMC發(fā)給MT的信號，主要是機床執(zhí)行元件的控制信號，以及狀態(tài)和報警指示等，如照明輸出，冷卻液，主軸松刀。PMC中也有R、T、C、D、K等繼電器，R表示內(nèi)部繼電器，T表示計時器，C表示計數(shù)器，D表示數(shù)據(jù)寄存器，K表示保持繼電器，K參數(shù)可以人為設(shè)定，一般用來屏蔽或選通某種信號。

圖1 CNC、PMC和MT間的信號關(guān)系

2 主軸倍率PMC編程輸入、輸出信號分析

在KND數(shù)控系統(tǒng)中，主軸倍率有50%、60%、70%、80%、90%、100%、110%和120%總共8種，機床主軸實際轉(zhuǎn)速等于設(shè)定轉(zhuǎn)速乘以倍率。根據(jù)實際加工狀態(tài)可以適時調(diào)整倍率，以保證加工質(zhì)量。那么數(shù)控系統(tǒng)在工作時到底處于何種倍率，如何使旋鈕旋至50%主軸倍率就減少一半，這主要是由G信號中的G10決定。信號G10占用1個字節(jié)存儲單元，1個字節(jié)有8位，每一位要么是0，要么是1。G10的低三位的組合有8種，二進制000到111，而主軸倍率剛好也是8種。所以，用G10后三位的狀態(tài)來對應(yīng)不同的主軸倍率，如當(dāng)G10的后三位組合是000時，對應(yīng)的主軸倍率是100%，當(dāng)G10后三位組合是101時，對應(yīng)的主軸倍率是120%，詳細的G10后三位不同組合對應(yīng)不同的主軸倍率如圖2所示，其中助記符SOVA、SOVB、SOVC分別表示 G10.0、G10.1、G10.2。在數(shù)控機床操作面板上有個旋鈕開關(guān)，這個旋鈕開關(guān)就是一個輸入信號X，本文中假設(shè)使用的輸入信號是X20，主軸倍率旋鈕開關(guān)也有50%至120%共8個不同位置狀態(tài)，每個狀態(tài)用二進制000、001、010、011、100、101、110、111表示，即用十進制的0至7表示，如圖3所示。當(dāng)旋鈕開關(guān)旋至50%位置時，X20低三位狀態(tài)是000；當(dāng)旋鈕開關(guān)旋至60%時，X20低三位狀態(tài)是001。但是，如何建立起輸入信號X20與倍率控制信號G10之間的對應(yīng)關(guān)系就成為了一個需要重點解決的問題。

圖2 G10主軸倍率定義

圖3 輸入信號X定義

3 主軸倍率PMC編程

分析主軸倍率控制過程，當(dāng)旋鈕開關(guān)旋至相應(yīng)的倍率，數(shù)控機床的主軸轉(zhuǎn)速即為設(shè)定轉(zhuǎn)速乘以相應(yīng)的倍率，從而實現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)速的增大或減小。即當(dāng)旋鈕旋至50%時，X20的低三位輸入為000，G10低三位為111；當(dāng)旋鈕旋至60%時，X20的低三位輸入為001，G10低三位為110；當(dāng)旋鈕旋至70%時，X20的低三位輸入為010，G10低三位為010；當(dāng)旋鈕旋至80%時，X20的低三位輸入為011，G10低三位為011；當(dāng)旋鈕旋至90%時，X20的低三位輸入為100，G10低三位為001；當(dāng)旋鈕旋至100%時，X20的低三位輸入為101，G10低三位為000；當(dāng)旋鈕旋至110%時，X20的低三位輸入為110，G10低三位為100；當(dāng)旋鈕旋至120%時，X20的低三位輸入為111，G10低三位為101。進一步分析，也就是當(dāng)X20的低三位為0、1、2、3、4、5、6、7時，G10的低三位對應(yīng)為7、6、2、3、1、0、4、5。本文中，使用COD代碼變換指令來建立X20與G10之間的對應(yīng)關(guān)系，主軸倍率PMC控制程序如圖4所示。PMC程序中，R0.1表示一個恒1信號，R0.0表示恒0信號。程序第一行將X20的值賦給中間寄存器R100。程序第二行是整個控制程序的關(guān)鍵點，這一步實現(xiàn)的是 R100為0、1、2、3、4、5、6、7時，R120對應(yīng)為7、6、2、3、1、0、4、5。程序第三行使用邏輯乘將 G10低三位清零，方便第四行執(zhí)行邏輯或。程序第四行使用邏輯或?qū)120的值映射給G10。綜上所述，當(dāng)旋鈕旋至50%時，當(dāng)X20等于0，G10等于7，從而實現(xiàn)了主軸倍率的控制。最后使用KND PLC軟件將程序?qū)懭霐?shù)控系統(tǒng)，經(jīng)試驗驗證，能夠?qū)崿F(xiàn)主軸倍率控制。

圖4 主軸倍率PMC控制程序

4 結(jié)論

本文通過分析KND數(shù)控系統(tǒng)主軸倍率控制信號G10與輸入信號X，通過編制PMC程序，建立起倍率旋鈕X輸入信號與主軸倍率G信號之間的對應(yīng)控制關(guān)系，從而實現(xiàn)了機床主軸倍率PMC控制，為數(shù)控機床維修、調(diào)試和升級改造打下了基礎(chǔ)。