GH410型雕銑機(jī)床系統(tǒng)控制改造

鄭文崗　張志義　肖鵬

摘要：文章提出并利用廣州數(shù)控GSK990MA加工中心對(duì)雕銑機(jī)床進(jìn)行控制改造。利用脈沖序列給主軸變頻器發(fā)送0～10V模擬量信號(hào)，可更準(zhǔn)確地控制主軸位置且能在面板實(shí)時(shí)監(jiān)控；能實(shí)現(xiàn)某單軸的軟、硬限位，既可以實(shí)現(xiàn)使用一個(gè)限位行開，也可以使用兩個(gè)限位行開；最小位移控制單位可以通過參數(shù)的改變使精確度達(dá)到0.0001mm。

關(guān)鍵詞：雕銑機(jī)床；數(shù)控系統(tǒng)；機(jī)床改造；伺服驅(qū)動(dòng)；脈沖系統(tǒng)；變頻器 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TP23 文章編號(hào)：1009-2374（2016）07-0035-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.07.018

改造的GH410型雕銑機(jī)其運(yùn)動(dòng)的主要控制系統(tǒng)是基于PMAC運(yùn)動(dòng)控制卡的工控控制。其在工業(yè)的發(fā)展中顯然已不能適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)加工復(fù)雜的要求，并且該控制系統(tǒng)在實(shí)際加工過程中，隨著使用次數(shù)的增加其穩(wěn)定性也越來越差。因此為了能使該機(jī)床繼續(xù)使用并且作為教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，決定在此機(jī)床上加以更穩(wěn)定的廣數(shù)GSK990MA銑床加工中心數(shù)控系統(tǒng)。

1 改造后雕銑機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)硬件

本次改造使用的GSK990MA銑床加工中心數(shù)控系統(tǒng)裝置，采用32位高性能的CPU和超大規(guī)模可編程器件FPGA，可編輯的PLC使邏輯控制功能更加靈活強(qiáng)大。數(shù)控系統(tǒng)的單元組成部分包括GSK990MA數(shù)控系統(tǒng)、附加操作面板、數(shù)字交流伺服驅(qū)動(dòng)單元、伺服系統(tǒng)、交流變壓器等。本次改裝與之相配匹的驅(qū)動(dòng)器為GS200交流伺服驅(qū)動(dòng)器，三個(gè)進(jìn)給軸電機(jī)為80SJT交流伺服電動(dòng)機(jī)（其中X、Y軸不帶抱閘，Z軸帶抱閘），主軸變頻器為臺(tái)達(dá)VFD-F，變頻器驅(qū)動(dòng)的主軸為額定功率3kW的電機(jī)。

2 系統(tǒng)各設(shè)備的連接與設(shè)定

數(shù)控系統(tǒng)與外部各設(shè)備的連接如圖1所示，其中包括系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)單元的連接、RS232標(biāo)準(zhǔn)串行接口、系統(tǒng)與手脈和手持單元的連接、系統(tǒng)與主軸單元的連接以及電源接口等。

數(shù)控系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)單元連接的接口包括XS30（X軸）、XS31（Y軸）、XS32（Z軸）、XS33（第四軸），連接線路圖如圖2所示，其中XCP+、XCP-、YCP+、YCP-、ZCP+、ZCP-、4CP+、4CP-為代碼脈沖信號(hào)，XDIR+、XDIR-、YDIR+、YDIR-、ZDIR+、ZDIR-、4DIR+、4DIR-為運(yùn)動(dòng)方向信號(hào)，兩組信號(hào)均為差分輸出。連接線路圖如圖2所示。

將各硬件按照要求連接正確以后需要把各驅(qū)動(dòng)器以及數(shù)控系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，比如急停與限位、齒輪比調(diào)整、反向間隙補(bǔ)償、機(jī)床螺距補(bǔ)償、機(jī)床回零、參考點(diǎn)設(shè)置、驅(qū)動(dòng)器單元設(shè)置以及主軸正反轉(zhuǎn)的輸入輸出信號(hào)控制等。

3 系統(tǒng)與主軸單元

主軸電機(jī)的驅(qū)動(dòng)是通過變頻器從數(shù)控系統(tǒng)接收到0～10V的模擬量電壓后，變頻器輸出頻率控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，其中數(shù)控系統(tǒng)的輸出接口為XS41；主軸與整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)之間是通過變頻器調(diào)節(jié)然后相互通訊，首先我們需要設(shè)定變頻器參數(shù)，其中包括：最高頻率設(shè)定參數(shù)：01-00=60，最高頻率為60Hz；最高電壓頻率設(shè)定參數(shù)：頻率制定來源設(shè)定參數(shù)：02-00=01，主頻由外部AV（輸入DC 0～10V）；運(yùn)轉(zhuǎn)指令來源設(shè)定參數(shù)：02-01=01，由外部端子輸入（STOP有效）；停車方式設(shè)定參數(shù)：02-02=01，STOP自由停車E、F自由停止；二線/三線式運(yùn)轉(zhuǎn)控制設(shè)定參數(shù)：02-05=01，運(yùn)轉(zhuǎn)/停止、反轉(zhuǎn)/正傳；電源啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)控制設(shè)定參數(shù)：02-06=01，不可運(yùn)轉(zhuǎn)；面板顯示設(shè)定參數(shù)：02-09=00，顯示驅(qū)動(dòng)器輸出電流；散熱風(fēng)扇控制方式設(shè)定參數(shù)：03-15=00，上電即開。

4 結(jié)語

本文采用廣州數(shù)控990MA系統(tǒng)控制改造GH410型雕銑機(jī)，通過對(duì)其硬件的改造以及軟件參數(shù)得的更改，最后對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行了簡單的分析，我們得出以下結(jié)論：（1）GSK990伺服控制系統(tǒng)接口利用脈沖序列給主軸變頻器發(fā)送0～10V模擬量信號(hào)，可更準(zhǔn)確地控制主軸位置且能在面板實(shí)時(shí)監(jiān)控；（2）該系統(tǒng)的限位、零點(diǎn)設(shè)置更方便靈活，某單軸既可以實(shí)現(xiàn)使用一個(gè)限位行開，也可以使用兩個(gè)限位行開；（3）最小位移控制單位可以通過參數(shù)的改變使精確度達(dá)到0.0001mm；（4）系統(tǒng)改造安裝完成后其加工精度，各方面要求穩(wěn)定性都能達(dá)到實(shí)際加工要求且其加工效率遠(yuǎn)超于原板卡式系統(tǒng)，通過控制系統(tǒng)的改造使加工效率以及加工精度得到大幅度提高。

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作者簡介：鄭文崗（1991-），男，北華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院碩士，研究方向：機(jī)電自動(dòng)控制；張志義（1966-），男，北華大學(xué)工程訓(xùn)練中心教授，碩士生導(dǎo)師，博士，研究方向：自動(dòng)化技術(shù)理論及應(yīng)用、運(yùn)動(dòng)控制理論及應(yīng)用。

（責(zé)任編輯：蔣建華）