802Dsl數(shù)控系統(tǒng)多主軸技術(shù)在立磨中的應(yīng)用

張建維

（天津市第二機(jī)床有限公司，天津 300409）

0 引言

在數(shù)控機(jī)床的各控制軸中，作進(jìn)給定位控制的軸定義為進(jìn)給軸，由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)；帶動(dòng)工件或刀具旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)作速度控制的軸定義為主軸，由主軸電機(jī)或變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)。車銑類數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)一般都由一個(gè)主軸和多個(gè)進(jìn)給軸構(gòu)成，而且現(xiàn)在市場(chǎng)上流行的數(shù)控系統(tǒng)大多為這種配置方式，比如日本發(fā)那科系統(tǒng)的Oi 系列、法國(guó)NUM 系統(tǒng)的1000 系列等；磨床類數(shù)控機(jī)床由多個(gè)進(jìn)給軸和至少兩個(gè)或兩個(gè)以上的主軸構(gòu)成，這類控制系統(tǒng)如果控制兩個(gè)或兩個(gè)以上的主軸就顯得無(wú)能為力，即使能控制到兩個(gè)主軸時(shí)，第二主軸的速度給定、速度反饋、倍率等的控制只能由PLC 處理，無(wú)法實(shí)現(xiàn)一個(gè)真正意義的模擬或者伺服主軸，給機(jī)床使用和維護(hù)人員造成了極大的困難。西門子802D sl 多主軸控制系統(tǒng)為此提供了很好的解決方案。本文僅以立式磨床為例說(shuō)明802D sl 系統(tǒng)的多主軸控制功能。

1 系統(tǒng)方案構(gòu)成

1.1 立磨硬件互聯(lián)總圖

如圖1 所示，定義水平軸為X 軸，豎直軸為Z 軸，砂輪主軸為SP1 軸，工件主軸為SP2 軸，修整滾輪主軸為SP3 軸，3 個(gè)旋轉(zhuǎn)主軸由變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，數(shù)控系統(tǒng)通過(guò)ADI4 發(fā)送模擬電壓指令驅(qū)動(dòng)變頻器。

1.2 數(shù)控系統(tǒng)

西門子802D sl 是一款結(jié)構(gòu)緊湊的控制系統(tǒng)，將CNC、PLC 和HMI 都集成在同一控制單元中。該系統(tǒng)分為T/M 版和G/N 版，T/M 版主要應(yīng)用于車銑加工機(jī)床，而G/N版應(yīng)用于沖磨加工機(jī)床。采用PROFIBUS 工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線連接ADI4 模塊及其他總線外設(shè)，布線簡(jiǎn)單且不易受到干擾，提供了更為經(jīng)濟(jì)的系統(tǒng)連接方式。系統(tǒng)內(nèi)置S7-200 PLC控制機(jī)床輔助動(dòng)作；使用DIN 標(biāo)準(zhǔn)編程和ISO 代碼。

1.3 ADI4 模擬驅(qū)動(dòng)接口模塊

如圖2 所示，一塊ADI4 模塊可以控制4 個(gè)帶模擬設(shè)定值接口（X3）的驅(qū)動(dòng)裝置，并且ADI4 模塊有4 路輸入用于TTL 增量信號(hào)編碼器的反饋（X4X5）。其與802D sl系統(tǒng)通過(guò)PROFIBUS 總線接口（X2）互連，要求802D sl的軟件版本為01.04.XX 及以上，總線地址在模塊上以撥碼等方式設(shè)定。

圖1 系統(tǒng)互聯(lián)圖

圖2 ADI4 介紹

1.4 主軸驅(qū)動(dòng)

不同于一般數(shù)控機(jī)床的單主軸控制，數(shù)控立磨需要多主軸控制技術(shù)，具有主軸特性的軸包括帶動(dòng)刀具旋轉(zhuǎn)的砂輪主軸、帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)的工作臺(tái)和修整滾輪。在數(shù)控的軸分配參數(shù)中我們都將其定義為主軸，一般它們都采用變頻器和變頻電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式。市場(chǎng)上常見的經(jīng)濟(jì)型通用數(shù)控系統(tǒng)只能外接一路模擬主軸信號(hào)，而802D sl 則可以通過(guò)ADI4 模塊驅(qū)動(dòng)三路甚至更多的模擬主軸。其主軸的設(shè)定值、反饋值、倍率等狀態(tài)變量都能夠在加工界面監(jiān)控，而且對(duì)主軸的數(shù)控編程簡(jiǎn)單明了。

如圖3 所示，以ADI4 控制西門子MM440 變頻器驅(qū)動(dòng)砂輪主軸為例。

圖3 主軸驅(qū)動(dòng)

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及調(diào)試

2.1 系統(tǒng)初始化

為了簡(jiǎn)化802D sl數(shù)控系統(tǒng)的調(diào)試，在802D sl 工具盒里提供了車銑床、外圓磨床等工藝文件，立式磨床和平磨結(jié)構(gòu)大致相同，在這里選用平磨的工藝文件下載至NC：

2.2 進(jìn)給軸驅(qū)動(dòng)調(diào)試

這里主要為數(shù)控系統(tǒng)配置詳細(xì)的驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)及編碼器信息，由以下步驟完成：1）驅(qū)動(dòng)器固件升級(jí)：確保驅(qū)動(dòng)器各部件具有相同的固件版本；2）驅(qū)動(dòng)器初始化：激活各部件的出場(chǎng)參數(shù)；3）驅(qū)動(dòng)器配置：讀出驅(qū)動(dòng)器連接的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及實(shí)際電機(jī)的控制參數(shù)。

2.3 設(shè)定機(jī)床NC 參數(shù)

表1 軸號(hào)配置

主要完成數(shù)控軸和驅(qū)動(dòng)器的對(duì)應(yīng)關(guān)系、位置控制器的使能、傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)配比、驅(qū)動(dòng)器參數(shù)優(yōu)化、坐標(biāo)速度和加速度的設(shè)置、返回參考點(diǎn)等相關(guān)機(jī)床數(shù)據(jù)。

2.4 主軸調(diào)試

2.4.1 ADI4 標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)導(dǎo)入

通過(guò)U 盤或RCS802 導(dǎo)入標(biāo)準(zhǔn)ADI4 參數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)文件是Toolbox 中SpecialADI4ADI4.ini，將該文件拷貝到系統(tǒng)中。

在加載配置文件SpecialADI41_ADI4.WPC 后按表1 配置軸號(hào)。

2.4.2 關(guān)于主軸在系統(tǒng)側(cè)的參數(shù)設(shè)置

如果下傳1_ADI4.WPC 后NC 參數(shù)分配如下（ADI4模塊的PROBIBUS 地址為15）：

2.4.3 關(guān)于三路模擬主軸的NC 編程

模擬主軸一（砂輪主軸）：S1=XXXX M1=3/4/5（砂輪主軸正/反/停）。

模擬主軸二（工作臺(tái)主軸）：S2=XXXX M2=3/4/5（工件主軸正/反/停）。

模擬主軸三（滾輪修整主軸）：S3=XXXX M3=3/4/5（滾輪修整主軸正/反/停）。

3 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，802D sl 的多主軸控制技術(shù)在數(shù)控立磨的成功應(yīng)用，豐富了立式磨床的數(shù)控配置，大大降低了其配套成本，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。也使得機(jī)床的可靠性和可維護(hù)性得到了進(jìn)一步的提高，而且也可以將其功能擴(kuò)展用在模擬驅(qū)動(dòng)的改造項(xiàng)目中。