CNC-H4-T数控系统在数控立车上的应用

1 引言
立式数控车床简称为数控立车，其车床主轴垂直于水平面，一个直径很大的圆形工作台，用来装夹工件。这类机床主要用于加工径向尺寸大、轴向尺寸相对较小的大型复杂零件。本文主要介绍利用中达电通CNC-H4-T数控系统强大的开放式系统架构和台达伺服快速精确的定位功能，应用于数控立车之中，从而更好地满足市场的需求。

2 技术要求
2.1数控立车参数要求：
加工能力
最大旋转外径Ø700mm
最大切削外径Ø600mm
最大切削高度 650mm
行程进给
X 轴行程 -350/30mm
Z轴行程 700mm
X轴快速进给 15m/min
Z轴快速进给 15m/min
精度控制
定位精度:0.01mm
重复定位精度:0.008mm
2.2对伺服提出的要求：
（1）运动很平稳顺滑。
（2）往复运动够快速且精准。
（3）车刀切削瞬间,或者其他外力突然介入,伺服定位或定速被影响很少。
2.3对数控提出的要求：
（1）数控系统的基本功能要求——G代码功能，辅助功能——M代码。工件程序容量要大。
（2）RS232通讯和DNC在线加工。
（3）联动轴数：2个
（4）控制精度：0.001mm
（5）操作画面可以自由规划。
2.4对工作台电机的要求：
采用三相异步交流电机，电机功率是11/14KW,实现两极变速,高速和低速。点动（走低速）和制动（高速方式下延时5秒钟后制动，低速方式下延时3秒后制动）；
另外需要一个+5V的外挂手轮，实现手动对刀和程序测试功能。

3 系统方案的确定
此机床为小型数控车床，采用中达CNC-H4-T专用的数控系统配以两套ASDA交流伺服驱动器和马达，用以控制刀架横向（X轴）和滑架纵向（Z轴）的快速运动和进给运动，其中Z轴的伺服电机带有抱闸功能。工作台电机采用双速交流电机驱动，机械变速。

4 方案可行性分析
4.1中达电通CNC-H4-T的主要功能和特点：
（1）开放式的系统架构，内含嵌入式可编程PLC，可配合更多的机械设计。
（2）全功能CNC键盘，配合PLC开发，可自定义按键功能。
（3）提供4组+/-10V模拟量接口，其中二路用于控制交流伺服驱动进给轴。一路控制变频主轴（或者伺服主轴），一路可选用控制伺服刀塔。
（4）解析度可设定7位数，响应速度可达1000Kpps。配合编码器或者光栅检测，可实现半闭环/全闭环控制，控制精度0.001mm。
（5）诊断功能和PLC状态显示。
（6）手摇轮安全测试（防撞机功能）。
（7）离线描图和加工描图功能。
（8）除标准G代码外，提供多种固定切削循环和复式循环编程，编程更简便。
（9）支持更高阶的MACRO宏指令，可灵活的设计NC程序。
（10）程序存储容量256Kbyte,关机后电池维持。
（11）提供RS232C标准接口，可接个人电脑（PC）实现DNC在线加工功能。
通过比较分析，中达CNC-H4-T数控系统完全可以满足作为立床的上位控制要求。
4.2台达交流伺服的主要特点：
（1）具有多种控制模式，可与上位控制器灵活配合，应用广泛。（2）强健式的控制模式，在负载惯量大范围的变化时，系统仍然可以保持优异的性能。
（3）具有位置P-CURVE和速度S-CURVE平滑功能，且命令来源不论是外部模拟量输入还是内部寄存器设定均有平滑功能。
（4）丰富的软件功能，方便用户调试。
通过比较分析，台达交流伺服系统也完全能够满足作为做下位控制器要求。对机械结构、负载惯量、输出扭矩的分析计算，故选用ASDA1kW*2台伺服驱动器做下位控制器。

5方案的功能实现
（1）自由规划客户所需求的画面，给客户带来极大的方便。

（2）全功能CNC键盘，配合PLC开发，可自定义按键功能
自定义键：
“D1”键定义为主轴低速键，控制工作台低速连续运行。
“主轴正转”键定义为主轴高速键，控制工作台高速连续运行。
“主轴反转”键定义为主轴点动键，控制工作台低速点动运行。
“主轴停止”键定义为主轴停止键，停止工作台的运行。
（3）可实现手摇对刀功能，自动模式下，激活程式预测，进行手摇轮安全测试,加工进给速度以手摇轮旋转速度的快慢决定。加工描图-NC程序执行时，激活描图功能，能够边走边显示刀具运动轨迹。
（4）系统连接架构
提供4组+/-10V模拟量接口，其中二路用于控制交流伺服驱动进给轴，一路控制变频主轴（或者伺服主轴）一路可选用控制伺服刀塔。输入信号点24个，可以连接按钮，行程开关，继电器触点等传感信号输出信号点16个，可以控制继电器，微型电磁阀等负载。

图1系统连接架构

（5）伺服采用速度控制模式

图2伺服速度控制模式架构

在大范围负载惯量变化,系统依然保有优秀性能对命令和干饶有不同的补偿控制阻尼刚性优良, 低速转矩特性优良超越量很小。
（6）机床有下列几种供电电压：
•驱动交流接触器用的AC110V电压，照明灯用的AC24V电压，指示灯用的AC6V电压，以及主电机制动用的65V-75V-85V制动电源。
•CNC-H4-T数控系统的电源及开关电源GS所需的AC220V由变压器TC3提供。
•伺服驱动器所需的三相AC220V电源，由驱动变压器TC2提供。
•I/O信号的DC24V，使能信号和Z轴抱闸电机的直流24V由开关电源GS供给。
（7）机台有以下几种运动状态：
•工作台主电机M1有连续和点动两种工作状态。点动运行停止时,无制动过程。连续运行停止时,有制动过程。
•工作台主电机为双速电机，所以分高、低速两档。工作台连续运行时有高低速，点动时只有低速。
•刀架横向（X轴）运动，由伺服电机M2驱动，滑架的纵向（Z轴）由伺服电机M3驱动，为防止滑架受重力作用因惯性而不能精确停，故电机M3带抱闸。

图3 应用中达数控系统数控立车外观图

图4 中达伺服产品电器柜接线图

（8）Ｉ／Ｏ点规划


通过机床的最后调试后，此次立车的整体技术要求均已实现，无论每个动作还是精度的要求，都达到了客户所要求的标准。

6 结束语
台达的伺服驱动与CNC车床专用的控制器的结合，为客户提供了低成本和全功能的控制方案。随着中国数控机床产业化惊人的速度向前迈进，中达电通的数控系统强大的开放式系统架构和台达伺服快速精确的定位功能，完全能够为客户提供更有价值的整合方案。