數(shù)控車(chē)床升級(jí)改造后的系統(tǒng)調(diào)試

祁百學(xué)，閆沛淵，王明，盧建明

蘭州航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 甘肅蘭州 730070

1 序言

蘭州航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院是高技能人才培訓(xùn)基地，現(xiàn)有數(shù)控設(shè)備的數(shù)控系統(tǒng)因生產(chǎn)年限較久，所以穩(wěn)定性和可靠性較差。現(xiàn)有的數(shù)控系統(tǒng)落后，導(dǎo)致高技能人才、學(xué)校學(xué)生在培訓(xùn)后，進(jìn)入企業(yè)或參加技能比賽時(shí)不會(huì)使用新式系統(tǒng)，使得企業(yè)對(duì)我校的培訓(xùn)學(xué)員評(píng)價(jià)不好或?qū)W員參加技能比賽的成績(jī)不理想。鑒于以上原因，我校組織相關(guān)專(zhuān)業(yè)人員，對(duì)數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造。最終選擇華中數(shù)控系統(tǒng)HNC-818D系列對(duì)數(shù)控車(chē)床進(jìn)行升級(jí)改造。HNC-818D數(shù)控系統(tǒng)是總線數(shù)控系統(tǒng)，它基于具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的NCUC工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，采用模塊化、開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)的高可靠性設(shè)計(jì)，具有高速、高精、多軸多通道及云數(shù)據(jù)等控制功能，性?xún)r(jià)比高。

升級(jí)改造后的數(shù)控車(chē)床擴(kuò)展了數(shù)控系統(tǒng)的功能,提高了系統(tǒng)的各項(xiàng)精度、穩(wěn)定性和可靠性，不僅可滿足生產(chǎn)和教學(xué)要求，而且與購(gòu)置同檔次數(shù)控車(chē)床相比，成本大大降低。

2 升級(jí)改造及調(diào)試

升級(jí)改造的伺服驅(qū)動(dòng)采用華中新一代全數(shù)字交流伺服驅(qū)動(dòng)器HSV-160u，具有高速工業(yè)以太網(wǎng)總線接口，可實(shí)現(xiàn)和數(shù)控裝置高速數(shù)據(jù)交換，具有高分辨率絕對(duì)式編碼器接口，位置反饋分辨率最高可達(dá)到23位。伺服電動(dòng)機(jī)采用華中華大電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)編碼器均為23位絕對(duì)式編碼器；主軸采用變頻主軸，具有獨(dú)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(diào)試過(guò)程和遇到的問(wèn)題進(jìn)行具體分析。

2.1 總線連接失敗

系統(tǒng)總線連接如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總線連接

總線要求連接成環(huán)，其中系統(tǒng)與機(jī)床操作面板僅由系統(tǒng)總線連接，機(jī)床操作面板的工作電源完全由系統(tǒng)總線提供，無(wú)其他的獨(dú)立電源。總線連接失敗時(shí)機(jī)床操作面板上無(wú)任何顯示，所有按鈕無(wú)效。外置手脈盒也連接在機(jī)床操作面板上，同樣也無(wú)任何反應(yīng)，由此推斷伺服放大器也應(yīng)如此。818A、818B和818C系列數(shù)控系統(tǒng)的參考設(shè)計(jì)圖在伺服放大器前都加了接觸器，只有系統(tǒng)自檢正常才吸合，按這樣設(shè)計(jì)818D系統(tǒng)總線還是無(wú)法起動(dòng)。由此推斷問(wèn)題出在伺服放大器的通電順序上，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)伺服放大器不事先通電，總線則無(wú)法連接。改變PLC程序后，系統(tǒng)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(shí)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(jī)床操作面板，#7、#8分別代表HIO-1200-M1中實(shí)際的IO點(diǎn)和DA及主軸編碼器所占用的虛擬IO點(diǎn)，#9、#10分別表示X軸和Z軸。

2.2 IO單元不受控

系統(tǒng)上電后，總線連接正常，但I(xiàn)O點(diǎn)不受控，首先考慮是硬件連接問(wèn)題，查線完全正確，接著查閱相關(guān)資料，發(fā)現(xiàn)華中8型數(shù)控系統(tǒng)的IO地址分配時(shí)設(shè)置了監(jiān)視系統(tǒng)（“看門(mén)狗”）。對(duì)818D在梯形圖編輯時(shí)應(yīng)加入如圖3所示的內(nèi)容，這樣響應(yīng)的輸入和輸出點(diǎn)才在PLC中受控。

圖3 梯形圖應(yīng)加入的內(nèi)容

2.3 相關(guān)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(shí)還可接變頻器所需的0～10V輸出（可通過(guò)參數(shù)選－10～10V或0～10V）；還可接主軸編碼器，其輸入、輸出可通過(guò)參數(shù)分配為兩部分，一部分為真實(shí)的IO輸入輸出，另一部分為模擬量輸出和主軸編碼器的轉(zhuǎn)速輸入占用的虛擬IO點(diǎn)，但兩者地址不能重疊，系統(tǒng)通過(guò)參數(shù)偏置實(shí)現(xiàn)。其參數(shù)具體設(shè)置如下。

（1）機(jī)床用戶參數(shù) 具體設(shè)置情況如下。010000（通道最大數(shù)）：1；010001（通道0的切削類(lèi)型）：1（車(chē)床）；010009（通道0選擇標(biāo)志）：1（0通道對(duì)應(yīng)為1）；010017（通道0顯示軸標(biāo)志）：0X5（邏輯軸0與2）。

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

（3）坐標(biāo)軸參數(shù)（對(duì)邏輯軸5） 設(shè)置情況如下。105000（顯示軸名）：S；105001（軸類(lèi)型）：10（主軸）。

（4）設(shè)備接口參數(shù) 不同設(shè)備接口的參數(shù)設(shè)置情況如下。

1）設(shè)備4（變頻）參數(shù)設(shè)置。504010（工作模式）：3（速度模式）；504011（邏輯軸號(hào)）：5；504013（主軸DA輸出類(lèi)型）：0（0～10V）；504016（主軸編碼器反饋設(shè)備號(hào)）：8；504017（主軸DA輸出設(shè)備號(hào)）：8。

2）設(shè)備7（實(shí)際IO地址）參數(shù)設(shè)置。507012（輸入點(diǎn)起始地址）：0；507013（輸入點(diǎn)組數(shù)）：10；507014（輸出點(diǎn)起始地址）：0；507015（輸出點(diǎn)組數(shù)）：10。

3）設(shè)備8（虛擬IO地址）參數(shù)設(shè)置。508012（輸入點(diǎn)起始組號(hào)）：10（主軸編碼器占X10～X13）；508013（輸入點(diǎn)組數(shù)）：10；508014（輸出點(diǎn)起始組號(hào)）：10（DA占用Y10～Y11）；508015（輸出點(diǎn)組數(shù)）：10。

3 主軸及X軸、Z軸減速比的設(shè)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(nèi)無(wú)級(jí)調(diào)速。由于電動(dòng)機(jī)低頻性能較差，因此將電動(dòng)機(jī)的起始頻率設(shè)定為30Hz，最高頻率設(shè)定為100Hz。主軸電動(dòng)機(jī)為4級(jí)變頻電動(dòng)機(jī)，忽略電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率，從而實(shí)現(xiàn)主軸450～1500r/min的轉(zhuǎn)速。

X軸、Z軸均通過(guò)聯(lián)軸節(jié)與滾珠絲杠直接聯(lián)接，螺距分別為4mm、6mm。伺服電動(dòng)機(jī)的編碼器均為23位絕對(duì)編碼器，僅需在對(duì)應(yīng)的參數(shù)100004和102004中輸入相應(yīng)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(shè)為1∶1即可。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)本次調(diào)試，明顯感到華中數(shù)控系統(tǒng)的硬件連接簡(jiǎn)化，一根總線連接所有關(guān)鍵設(shè)備，大大方便了用戶。調(diào)試畫(huà)面簡(jiǎn)單有序、雜而不亂，讓用戶使用更便捷。