CNC-H4-T數控系統在數控立車上的應用

1 引言
立式數控車床簡稱為數控立車，其車床主軸垂直于水平面，一個直徑很大的圓形工作臺，用來裝夾工件。這類機床主要用于加工徑向尺寸大、軸向尺寸相對較小的大型復雜零件。本文主要介紹利用中達電通CNC-H4-T數控系統強大的開放式系統架構和臺達伺服快速精確的定位功能，應用于數控立車之中，從而更好地滿足市場的需求。

2 技術要求
2.1數控立車參數要求：
加工能力
最大旋轉外徑Ø700mm
最大切削外徑Ø600mm
最大切削高度 650mm
行程進給
X 軸行程 -350/30mm
Z軸行程 700mm
X軸快速進給 15m/min
Z軸快速進給 15m/min
精度控制
定位精度:0.01mm
重復定位精度:0.008mm
2.2對伺服提出的要求：
（1）運動很平穩順滑。
（2）往復運動夠快速且精準。
（3）車刀切削瞬間,或者其他外力突然介入,伺服定位或定速被影響很少。
2.3對數控提出的要求：
（1）數控系統的基本功能要求——G代碼功能，輔助功能——M代碼。工件程序容量要大。
（2）RS232通訊和DNC在線加工。
（3）聯動軸數：2個
（4）控制精度：0.001mm
（5）操作畫面可以自由規劃。
2.4對工作臺電機的要求：
采用三相異步交流電機，電機功率是11/14KW,實現兩極變速,高速和低速。點動（走低速）和制動（高速方式下延時5秒鐘后制動，低速方式下延時3秒后制動）；
另外需要一個+5V的外掛手輪，實現手動對刀和程序測試功能。

3 系統方案的確定
此機床為小型數控車床，采用中達CNC-H4-T專用的數控系統配以兩套ASDA交流伺服驅動器和馬達，用以控制刀架橫向（X軸）和滑架縱向（Z軸）的快速運動和進給運動，其中Z軸的伺服電機帶有抱閘功能。工作臺電機采用雙速交流電機驅動，機械變速。

4 方案可行性分析
4.1中達電通CNC-H4-T的主要功能和特點：
（1）開放式的系統架構，內含嵌入式可編程PLC，可配合更多的機械設計。
（2）全功能CNC鍵盤，配合PLC開發，可自定義按鍵功能。
（3）提供4組+/-10V模擬量接口，其中二路用于控制交流伺服驅動進給軸。一路控制變頻主軸（或者伺服主軸），一路可選用控制伺服刀塔。
（4）解析度可設定7位數，響應速度可達1000Kpps。配合編碼器或者光柵檢測，可實現半閉環/全閉環控制，控制精度0.001mm。
（5）診斷功能和PLC狀態顯示。
（6）手搖輪安全測試（防撞機功能）。
（7）離線描圖和加工描圖功能。
（8）除標準G代碼外，提供多種固定切削循環和復式循環編程，編程更簡便。
（9）支持更高階的MACRO宏指令，可靈活的設計NC程序。
（10）程序存儲容量256Kbyte,關機后電池維持。
（11）提供RS232C標準接口，可接個人電腦（PC）實現DNC在線加工功能。
通過比較分析，中達CNC-H4-T數控系統完全可以滿足作為立床的上位控制要求。
4.2臺達交流伺服的主要特點：
（1）具有多種控制模式，可與上位控制器靈活配合，應用廣泛。（2）強健式的控制模式，在負載慣量大范圍的變化時，系統仍然可以保持優異的性能。
（3）具有位置P-CURVE和速度S-CURVE平滑功能，且命令來源不論是外部模擬量輸入還是內部寄存器設定均有平滑功能。
（4）豐富的軟件功能，方便用戶調試。
通過比較分析，臺達交流伺服系統也完全能夠滿足作為做下位控制器要求。對機械結構、負載慣量、輸出扭矩的分析計算，故選用ASDA1kW*2臺伺服驅動器做下位控制器。

5方案的功能實現
（1）自由規劃客戶所需求的畫面，給客戶帶來極大的方便。

（2）全功能CNC鍵盤，配合PLC開發，可自定義按鍵功能
自定義鍵：
“D1”鍵定義為主軸低速鍵，控制工作臺低速連續運行。
“主軸正轉”鍵定義為主軸高速鍵，控制工作臺高速連續運行。
“主軸反轉”鍵定義為主軸點動鍵，控制工作臺低速點動運行。
“主軸停止”鍵定義為主軸停止鍵，停止工作臺的運行。
（3）可實現手搖對刀功能，自動模式下，激活程式預測，進行手搖輪安全測試,加工進給速度以手搖輪旋轉速度的快慢決定。加工描圖-NC程序執行時，激活描圖功能，能夠邊走邊顯示刀具運動軌跡。
（4）系統連接架構
提供4組+/-10V模擬量接口，其中二路用于控制交流伺服驅動進給軸，一路控制變頻主軸（或者伺服主軸）一路可選用控制伺服刀塔。輸入信號點24個，可以連接按鈕，行程開關，繼電器觸點等傳感信號輸出信號點16個，可以控制繼電器，微型電磁閥等負載。

圖1系統連接架構

（5）伺服采用速度控制模式

圖2伺服速度控制模式架構

在大范圍負載慣量變化,系統依然保有優秀性能對命令和干饒有不同的補償控制阻尼剛性優良, 低速轉矩特性優良超越量很小。
（6）機床有下列幾種供電電壓：
•驅動交流接觸器用的AC110V電壓，照明燈用的AC24V電壓，指示燈用的AC6V電壓，以及主電機制動用的65V-75V-85V制動電源。
•CNC-H4-T數控系統的電源及開關電源GS所需的AC220V由變壓器TC3提供。
•伺服驅動器所需的三相AC220V電源，由驅動變壓器TC2提供。
•I/O信號的DC24V，使能信號和Z軸抱閘電機的直流24V由開關電源GS供給。
（7）機臺有以下幾種運動狀態：
•工作臺主電機M1有連續和點動兩種工作狀態。點動運行停止時,無制動過程。連續運行停止時,有制動過程。
•工作臺主電機為雙速電機，所以分高、低速兩檔。工作臺連續運行時有高低速，點動時只有低速。
•刀架橫向（X軸）運動，由伺服電機M2驅動，滑架的縱向（Z軸）由伺服電機M3驅動，為防止滑架受重力作用因慣性而不能精確停，故電機M3帶抱閘。

圖3 應用中達數控系統數控立車外觀圖

圖4 中達伺服產品電器柜接線圖

（8）Ｉ／Ｏ點規劃


通過機床的最后調試后，此次立車的整體技術要求均已實現，無論每個動作還是精度的要求，都達到了客戶所要求的標準。

6 結束語
臺達的伺服驅動與CNC車床專用的控制器的結合，為客戶提供了低成本和全功能的控制方案。隨著中國數控機床產業化驚人的速度向前邁進，中達電通的數控系統強大的開放式系統架構和臺達伺服快速精確的定位功能，完全能夠為客戶提供更有價值的整合方案。