數控車床升級改造后的系統調試

祁百學，閆沛淵，王明，盧建明

蘭州航空職業技術學院 甘肅蘭州 730070

1 序言

蘭州航空職業技術學院是高技能人才培訓基地，現有數控設備的數控系統因生產年限較久，所以穩定性和可靠性較差。現有的數控系統落后，導致高技能人才、學校學生在培訓后，進入企業或參加技能比賽時不會使用新式系統，使得企業對我校的培訓學員評價不好或學員參加技能比賽的成績不理想。鑒于以上原因，我校組織相關專業人員，對數控系統進行升級改造。最終選擇華中數控系統HNC-818D系列對數控車床進行升級改造。HNC-818D數控系統是總線數控系統，它基于具有完全自主知識產權的NCUC工業現場總線技術，采用模塊化、開放式體系結構的高可靠性設計，具有高速、高精、多軸多通道及云數據等控制功能，性價比高。

升級改造后的數控車床擴展了數控系統的功能,提高了系統的各項精度、穩定性和可靠性，不僅可滿足生產和教學要求，而且與購置同檔次數控車床相比，成本大大降低。

2 升級改造及調試

升級改造的伺服驅動采用華中新一代全數字交流伺服驅動器HSV-160u，具有高速工業以太網總線接口，可實現和數控裝置高速數據交換，具有高分辨率絕對式編碼器接口，位置反饋分辨率最高可達到23位。伺服電動機采用華中華大電動機，電動機編碼器均為23位絕對式編碼器；主軸采用變頻主軸，具有獨立的主軸編碼器；IO單元采用華中HIO-1200-M1，為總線式IO單元，共有24位輸入、16位輸出，有DA接口（用于變頻主軸0～10V）和主軸編碼器接口。

下面就調試過程和遇到的問題進行具體分析。

2.1 總線連接失敗

系統總線連接如圖1所示。

圖1 系統總線連接

總線要求連接成環，其中系統與機床操作面板僅由系統總線連接，機床操作面板的工作電源完全由系統總線提供，無其他的獨立電源。總線連接失敗時機床操作面板上無任何顯示，所有按鈕無效。外置手脈盒也連接在機床操作面板上，同樣也無任何反應，由此推斷伺服放大器也應如此。818A、818B和818C系列數控系統的參考設計圖在伺服放大器前都加了接觸器，只有系統自檢正常才吸合，按這樣設計818D系統總線還是無法起動。由此推斷問題出在伺服放大器的通電順序上，經檢查發現伺服放大器不事先通電，總線則無法連接。改變PLC程序后，系統總線連接正常，各硬件顯示如圖2所示。

圖2 總線連接正常時硬件顯示

圖2中#4代表主軸，#5代表顯示器的操作面板，#6表示機床操作面板，#7、#8分別代表HIO-1200-M1中實際的IO點和DA及主軸編碼器所占用的虛擬IO點，#9、#10分別表示X軸和Z軸。

2.2 IO單元不受控

系統上電后，總線連接正常，但IO點不受控，首先考慮是硬件連接問題，查線完全正確，接著查閱相關資料，發現華中8型數控系統的IO地址分配時設置了監視系統（“看門狗”）。對818D在梯形圖編輯時應加入如圖3所示的內容，這樣響應的輸入和輸出點才在PLC中受控。

圖3 梯形圖應加入的內容

2.3 相關IO地址的分配

HIO-1200-M1有24位輸入和16位輸出，輸入可為PNP或NPN，同時還可接變頻器所需的0～10V輸出（可通過參數選－10～10V或0～10V）；還可接主軸編碼器，其輸入、輸出可通過參數分配為兩部分，一部分為真實的IO輸入輸出，另一部分為模擬量輸出和主軸編碼器的轉速輸入占用的虛擬IO點，但兩者地址不能重疊，系統通過參數偏置實現。其參數具體設置如下。

（1）機床用戶參數 具體設置情況如下。010000（通道最大數）：1；010001（通道0的切削類型）：1（車床）；010009（通道0選擇標志）：1（0通道對應為1）；010017（通道0顯示軸標志）：0X5（邏輯軸0與2）。

（2）通道參數 設置情況如下。040001（X坐標軸軸號）：0（邏輯軸0）；040003（Z坐標軸軸號）：2（邏輯軸2）；040010（主軸0軸號）：5（邏輯軸5）；040023（主軸0編程名）：S（編程代碼）；040027（主軸轉速顯示方式）：0（邏輯軸0）；040028（主軸顯示軸號）：5（邏輯軸5）。

（3）坐標軸參數（對邏輯軸5） 設置情況如下。105000（顯示軸名）：S；105001（軸類型）：10（主軸）。

（4）設備接口參數 不同設備接口的參數設置情況如下。

1）設備4（變頻）參數設置。504010（工作模式）：3（速度模式）；504011（邏輯軸號）：5；504013（主軸DA輸出類型）：0（0～10V）；504016（主軸編碼器反饋設備號）：8；504017（主軸DA輸出設備號）：8。

2）設備7（實際IO地址）參數設置。507012（輸入點起始地址）：0；507013（輸入點組數）：10；507014（輸出點起始地址）：0；507015（輸出點組數）：10。

3）設備8（虛擬IO地址）參數設置。508012（輸入點起始組號）：10（主軸編碼器占X10～X13）；508013（輸入點組數）：10；508014（輸出點起始組號）：10（DA占用Y10～Y11）；508015（輸出點組數）：10。

3 主軸及X軸、Z軸減速比的設定

主軸的減速比為2∶1，僅為一擋。主軸編碼器與主軸直連，擋內無級調速。由于電動機低頻性能較差，因此將電動機的起始頻率設定為30Hz，最高頻率設定為100Hz。主軸電動機為4級變頻電動機，忽略電動機轉差率，從而實現主軸450～1500r/min的轉速。

X軸、Z軸均通過聯軸節與滾珠絲杠直接聯接，螺距分別為4mm、6mm。伺服電動機的編碼器均為23位絕對編碼器，僅需在對應的參數100004和102004中輸入相應的螺距4000、6000，100005和102005中輸入8388608，而伺服放大器中位置指令脈沖分頻的分子、分母設為1∶1即可。

4 結束語

通過本次調試，明顯感到華中數控系統的硬件連接簡化，一根總線連接所有關鍵設備，大大方便了用戶。調試畫面簡單有序、雜而不亂，讓用戶使用更便捷。