采用0TD系統(tǒng)及c系列的CNC機(jī)床的應(yīng)用

數(shù)控（英文名字：Numerical Control 簡稱：NC）技術(shù)是指用數(shù)字、文字和符號組成的數(shù)字指令來實(shí)現(xiàn)一臺或多臺機(jī)械設(shè)備動作控制的技術(shù)。數(shù)控一般是采用通用或?qū)Ｓ糜?jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字程序控制，因此數(shù)控也稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控（Computerized Numerical Control ），簡稱CNC，國外一般都稱為CNC，很少再用NC這個(gè)概念了。 數(shù)控機(jī)床它所控制的通常是位置、角度、速度等機(jī)械量和與機(jī)械能量流向有關(guān)的開關(guān)量。數(shù)控的產(chǎn)生依賴于數(shù)據(jù)載體和二進(jìn)制形式數(shù)據(jù)運(yùn)算的出現(xiàn)。1908年，穿孔的金屬薄片互換式數(shù)據(jù)載體問世；19世紀(jì)末，以紙為數(shù)據(jù)載體并具有輔助功能的控制系統(tǒng)被發(fā)明；1938年，香農(nóng)在美國麻省理工學(xué)院進(jìn)行了數(shù)據(jù)快速運(yùn)算和傳輸，奠定了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)，包括計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)是與機(jī)床控制密切結(jié)合發(fā)展起來的。1952年，第一臺數(shù)控機(jī)床問世，成為世界機(jī)械工業(yè)史上一件劃時(shí)代的事件，推動了自動化的發(fā)展。

現(xiàn)在，數(shù)控技術(shù)也叫計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)（CNC，Computerized Numerical Control）是一種由程序控制的自動化機(jī)床。該控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規(guī)定的程序，通過計(jì)算機(jī)將其譯碼，從而使機(jī)床執(zhí)行規(guī)定好了的動作，通過刀具切削將毛坯料加工成半成品成品零件。目前它是采用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字程序控制的技術(shù)。這種技術(shù)用計(jì)算機(jī)按事先存貯的控制程序來執(zhí)行對設(shè)備的運(yùn)動軌跡和外設(shè)的操作時(shí)序邏輯控制功能。由于采用計(jì)算機(jī)替代原先用硬件邏輯電路組成的數(shù)控裝置，使輸入操作指令的存貯、處理、運(yùn)算、邏輯判斷等各種控制機(jī)能的實(shí)現(xiàn)，均可通過計(jì)算機(jī)軟件來完成，處理生成的微觀指令傳送給伺服驅(qū)動裝置驅(qū)動電機(jī)或液壓執(zhí)行元件帶動設(shè)備運(yùn)行。

1.0T數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用

數(shù)控車床一般為2軸聯(lián)動的CNC機(jī)床，采用0TD系統(tǒng)及c系列全數(shù)字交流伺服驅(qū)動和主軸驅(qū)動的方案基本上能滿足數(shù)控車床的數(shù)控改造。

（1）系統(tǒng)配置0TD 的系統(tǒng)配置如圖1所示。系統(tǒng)由主板以及插在主板上的電源板、軸板、I／O板、 圖1 0TD系統(tǒng)配置存儲器板等組成，系統(tǒng)內(nèi)置PMC。為了便于使用編輯卡進(jìn)行梯圖編輯，選用帶軟鍵的9in CRT／MDI單元。

（2）進(jìn)給伺服回路車床一般為2軸控制，因此只需選用2軸軸卡。伺服回路如圖2，機(jī)床半閉環(huán)控制時(shí)，位置反饋和速度反饋均由伺服電機(jī)內(nèi)置編碼器實(shí)現(xiàn)。全閉環(huán)控制時(shí)，外置編碼器或直線尺作位置反饋，內(nèi)置編碼器作速度反饋。對于無主軸伺服的場合，選用帶電源的SVM型伺服放大器，對于有主軸伺服的場合，選用不帶電源的SVM型伺服放大器。

（3）aC串行主軸回路aC串行主軸回路如圖3。存儲器板與主軸放大器之間使用光纜通過高速串行接口進(jìn)行連接。

（4）變頻調(diào)速型主軸回路機(jī)床主軸調(diào)速可以采用三相交流電機(jī)作主機(jī)，系統(tǒng)輸出IOV模擬量命令給交流變頻器進(jìn)行主軸詞速，如圖4所示。

迄今為止，已采用16套0TD系統(tǒng)改造數(shù)控車床14臺。

2.OM 數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用

0M 系統(tǒng)主要用于數(shù)控銑床和加工中心的控制。

（1）BSIO0數(shù)控銑床的改造該機(jī)床系專用銑床只能銑平面，3個(gè)坐標(biāo)軸不能聯(lián)動。進(jìn)給驅(qū)動為SIMENS直流伺服，其控制使用PLC調(diào)整極不方便。

改造方案采用0MD系統(tǒng)，x、Y、Z3個(gè)坐標(biāo)軸均采用aC12交流伺服電機(jī)。主運(yùn)動不作改動，仍沿用原機(jī)械變速。改造后，該銑床為通用數(shù)控銑床，可以3軸聯(lián)動。

（2）XK715B數(shù)控銑床的改造 采用0MD系統(tǒng)x、Y、Z3個(gè)坐標(biāo)伺服電機(jī)分別為aC22、aC22、aC30B?？紤]到aC系列主軸伺服為開環(huán)速度控制，控制精度不高，故主軸伺服采用tl系列。a 串行主軸回路如圖5。位置編碼器可以接至主軸放大器，也可以接至存儲器板。

該機(jī)床主要用于模具加工，其加工程序較長?，F(xiàn)設(shè)計(jì)3DNC運(yùn)行方式，計(jì)算機(jī)只將加工程序傳到系統(tǒng)緩沖區(qū)，邊傳送邊運(yùn)行。

（3）XH754臥式加工中心的改造 該機(jī)床原控制系統(tǒng)為FANUc一6M，立柱固定，主軸箱在立柱上做上下移動（Y軸），工作臺可在水平面上做兩坐標(biāo)直線運(yùn)動（X 軸和z軸）以及5?！?2等分分度（TAB軸）。機(jī)床采用無機(jī)械手換刀系統(tǒng)，換刀時(shí)，由主軸箱運(yùn)動到刀庫上的換刀位置，利用主軸直接取走或放回刀具。

由于0MD最多只能控制4個(gè)坐標(biāo)軸，采用兩套OMD以主一從方式運(yùn)行實(shí)現(xiàn)5坐標(biāo)軸的控制如圖6。NC1和NC2經(jīng)信號接口電路互連，NC1為主，NC2為從。為了盡可能減少兩系統(tǒng)間的信號互換，機(jī)床的控制盡量集中到NC1，只將刀庫軸的運(yùn)動控制分割到NC2。改造后，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，加工節(jié)拍由6min45s縮短為5minl5s。

（4）ZH5120立式鉆削中心的改造原控制系統(tǒng)為FANIIc一3M。改造采用0MC系統(tǒng)，進(jìn)給驅(qū)動為n交流伺服，主軸為a交流串行主軸。此方案還具有如下特點(diǎn)：① 該機(jī)床刀庫為純機(jī)械式換刀，刀庫換刀是通過z軸短距離的運(yùn)動來進(jìn)行。因此，換刀程序用宏程序編制。換刀宏程序體由T代碼調(diào)用。②自動、MDI以及JOG方式均可進(jìn)行換刀操作。③ 主軸電機(jī)采用內(nèi)置㈣s。r作位置反饋和速度反饋，以便進(jìn)行剛性攻螺紋。

3.0G數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用

H203曲軸磨床原采用大隈OSP5000型控制器。改造方案采用0GCC系統(tǒng)，3個(gè)坐標(biāo)軸均采用絕對位置測量的a系列交流伺服電機(jī)，如圖7。選用4軸軸卡，即x、Z、Cf、Y4軸。Cf軸為旋轉(zhuǎn)軸，y軸可以定義為直線軸，但不能進(jìn)行圓弧插補(bǔ)，也不能進(jìn)行刀具補(bǔ)償。

機(jī)床加裝回零撞塊困難，故采用無撞塊方式回零。建立的零點(diǎn)是任意的機(jī)械位置，由于伺服系統(tǒng)采用絕對位置測量，一旦機(jī)床零點(diǎn)建立起來以后，只要電池不掉電，該機(jī)床零點(diǎn)將一直保持不變。

加工程序和修整程序均采用B型用戶宏程序編制。加工程序按主程序方式編制，修整程序按子程序方式編制。對于使用用戶宏程序B的場合，選用全鍵式CRT／MDI單元。砂輪每次修整后，x軸和y軸需要進(jìn)行補(bǔ)償。x軸的補(bǔ)償引用刀具補(bǔ)償變量 2002。由于y軸不能使用刀具補(bǔ)償，引用y軸偏置變量 2401作y軸補(bǔ)償。

由于工藝要求至少有2點(diǎn)的尺寸，即半精磨和精磨終到尺寸由量儀控制，因此系統(tǒng)配置了多點(diǎn)跳動功能（Multi—step Skip）。半精磨和精磨使用G31指令，在執(zhí)行G31的中途， 由外徑量儀輸入跳過信號（P2或P3）沖止該指令的剩余部分，轉(zhuǎn)而執(zhí)行下一個(gè)程序段。