官方微信
我公司是一家從事數(shù)控技術(shù)應(yīng)用的專業(yè)公司，在數(shù)控裝備維修與改造方面贏得了廣大客戶和業(yè)界同仁的認(rèn)可。在數(shù)控系統(tǒng)的選擇方面，之前是以FANUC系統(tǒng)為主，在參觀2007年漢諾威的EMO展覽會時(shí)驚奇的發(fā)現(xiàn)歐洲的這些發(fā)達(dá)國家在銑床和加工中心的應(yīng)用中大多是以HEIDENHAIN數(shù)控系統(tǒng)為主。同時(shí)，國外某知名組織作的市場調(diào)查結(jié)果中表示HEIDENHAIN CNC是歐洲市場上最受歡迎的系統(tǒng)，領(lǐng)先第二名西門子多達(dá)25%。這種世界級的展會在一定程度上反映了機(jī)床制造業(yè)發(fā)展的趨勢。為了緊跟發(fā)展的趨勢，我公司在數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用中也加入了HEIDENHAIN數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用，為將來儲備技術(shù)力量。自2007年至今，我公司已參與多臺HEIDENHAIN系統(tǒng)的安裝與調(diào)試，其中TNC320是中小型企業(yè)中選用較多的數(shù)控系統(tǒng)。下面我就將我應(yīng)用中的一些經(jīng)驗(yàn)與大家分享一下。
TNC系列系統(tǒng)屬于HEIDENHAIN數(shù)控系統(tǒng)家族中銑床類數(shù)控系統(tǒng)行列，TNC320就處于這個(gè)行列中的中間位置。TNC320中自帶了豐富的加工循環(huán)，在很大的程度上方便了機(jī)床操作和編程人員，優(yōu)化了加工質(zhì)量，而這在某些知名的數(shù)控系統(tǒng)中都是需要收費(fèi)才會被廠家提供。據(jù)客戶實(shí)際使用情況反應(yīng)TNC320系統(tǒng)在加工編程等某些方面已經(jīng)達(dá)到了西門子840D系統(tǒng)的水平。
1． 外部電路設(shè)計(jì)
由于多數(shù)廠可能是首次使用HEIDENHAIN的TNC320系統(tǒng)，對系統(tǒng)了解的不多，所以我們先從為外電路設(shè)計(jì)中關(guān)于在數(shù)控系統(tǒng)及伺服上電的控制，機(jī)床急停回路，進(jìn)給軸使能和主軸使能的控制等主要部分進(jìn)行介紹。
在HEIDENHAIN每一款數(shù)控系統(tǒng)的技術(shù)文檔中，我們都會找到一張與系統(tǒng)對應(yīng)的主體控制回路的示例，該示例用于指導(dǎo)機(jī)床制造廠商進(jìn)行外圍電路的設(shè)計(jì)?？赡苁强紤]到歐洲安全規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)，HEIDENHAIN的控制回路示例中用了很多安全繼電器等安全模塊，一個(gè)普通的安全繼電器價(jià)格通常都是上千元的，這樣的高成本對于國內(nèi)眾多中小企業(yè)來說顯然是不適宜的，為此，我們對HEIDENHAIN示例中采用繼電器模組搭建的控制上電邏輯和急停鏈的方式進(jìn)行了改變，使用普通繼電器進(jìn)行組合來實(shí)現(xiàn)類似的功能，這樣既降低了成本又取得了較好的效果。
根據(jù)HEIDENHAIN所提供的外圍控制回路示例，我們在不改變其原理及功能的前提下將三個(gè)繼電器模組分解為由多個(gè)繼電器所組成的控制回路，具體分解如下：
模組SSK1：
將模組SSK1 分解成為3個(gè)繼電器，分別為SSK1-1，SSK1-2，SSK1-3。見下圖
如上圖所示對于SSK1而言，只是將其做了拆分，并沒有改變其基本原理，其中在繼電器SSK1-2這條回路上，按照HEINDENHAIN的要求將急停以及各軸硬限位串在了一起，并且硬限位采用了“編碼”的形式，該模組為急停測試模組，最后給主繼電器K2，K3的線圈通電，影響各個(gè)軸的驅(qū)動能使。而二極管的作用是為了防止在撞到硬限位的情況下，按超程解除鍵，在繼電器K16觸點(diǎn)閉合時(shí)，電流不會而引起誤信號的情況出現(xiàn)。其中K16為超程解除繼電器的常開觸點(diǎn)。
模組SSK2：
模組SSK2和模組SSK3為許可繼電器模組。
模組SSK2和模組SSK3共分解成為3個(gè)繼電器SSK2-1，SSK2-2，SSK2-3，即可滿足要求。如下圖所示：
上圖為許可繼電器模組，K4，K5為軸驅(qū)動能使繼電器。由于HENDENHAIN要求在保護(hù)門打開時(shí)機(jī)床要掉電，而該模組的作用就是為了在這種情況下，打開操作臺的特殊鍵，從而用手脈控制機(jī)床的運(yùn)行。SK24，SK25分別為手脈允許和門保護(hù)的輸入信號的輸入點(diǎn)，這里的兩個(gè)二極管的作用同上面提到的作用相同，均是為了防止在接通回路時(shí)產(chǎn)生誤信號。
模組SSK2及模組SSK3的關(guān)系
{#NextPage#}
在模組SS1完成后，主繼電器K2，K3輸出，模組SSK2，SSK3完成后，給各伺服軸能使，K6，K7即為給各軸能使的繼電器。原理圖如下：
在這里，HENDENHAIN要求各軸在下電時(shí)要延時(shí)關(guān)斷，時(shí)間約為1秒，是為了防止在加工急停時(shí)各進(jìn)給軸停止后，主軸未完全停止，從而引起打刀的情況出現(xiàn)，故要求斷電延時(shí)，在上圖中是用的繼電器K9及通電延時(shí)繼電器，轉(zhuǎn)成的斷電延時(shí)繼電器，從而實(shí)現(xiàn)其斷電延時(shí)的要求。
下圖為HEIDENHAIN示例中的一部分，在我們的實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)，將安全繼電器模組改為繼電器組合成的類似的功能塊后，若完全按照示例中的接線方式連接時(shí)，在TNC320運(yùn)行時(shí)會產(chǎn)生誤信號，導(dǎo)致系統(tǒng)無法通過開機(jī)后的第一次急停回路測試。
經(jīng)實(shí)驗(yàn)分析，由于將安全繼電器模組改為繼電器組群后，在下電時(shí)繼電器K4和繼電器K5的常開觸點(diǎn)斷開較慢，所以會對PLCX42/4腳產(chǎn)生蓄能，產(chǎn)生誤信號。故而將其改為下圖所示的樣子：
以上就是在使用TNC320時(shí)，外圍電路設(shè)計(jì)中最為核心的部分，其他外圍控制回路的設(shè)計(jì)只要按照大家以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)就可以設(shè)計(jì)出一個(gè)滿足客戶要求的控制回路了。
1． PLC軟件設(shè)計(jì)
在機(jī)床電氣設(shè)計(jì)中，除了外圍電路的設(shè)計(jì)外，另外一大塊就是系統(tǒng)的PLC的設(shè)計(jì)。HEIDENHAIN使用語句表的形式進(jìn)行PLC編程，可能對不少用慣了梯形圖程序的人員來說，頭一次接觸的時(shí)候會覺的很難，其實(shí)不然，HEIDENHAIN為機(jī)床制造商免費(fèi)提供了與系統(tǒng)軟件對應(yīng)的PLC基本程序庫，該程序庫基本包括了常見銑床，加工中心的所有功能，因此，在使用TNC320時(shí)我們只要直接拿來使用，并對少許功能稍做改動即可，為我們做PLC設(shè)計(jì)時(shí)節(jié)約了很多時(shí)間。
本次介紹的重點(diǎn)是配置TNC320的PLC程序。
對于主軸帶掛檔在銑床中是較為多見的，在HEIDENHAIN所提供的PLC基本程序庫中也包含有掛檔的基本程序，在程序編在了名為GEAR.SRC的文件中，要對其進(jìn)行配置只需將OEM.mcg中的 DEFINE Cfg_spindle_with_gear = "inactive"
改為 DEFINE Cfg_spindle_with_gear = "active"
這樣便啟用了掛檔程序，接下來就要配置IO點(diǎn)了，HEIDENHAIN的語句表編程是可以認(rèn)所分地址的名稱的，所以為了方便編程，就需要把名稱起好，便于后期的編程使用。同樣HEIDENHAIN也在PLC的程序庫中定義了常見的IO點(diǎn)，并起好了名稱，我們只需打開名為GLB_IO.DEF的定義文件，找到檔位的輸出信號（以兩檔為例），并將地址賦予該信號即可。（O7，O8即為檔位1，2的輸出地址，而O_gear_range_1和O_gear_range_2即為名稱 ）。
O_gear_range_1 O7
O_gear_range_2 O8
同理在GLB_IO.DEF中找到檔位到達(dá)信號，然后賦予其地址即可（I21和I22為檔位到達(dá)信號）。
I_gear_range_1 I21
I_gear_range_1 I22
這樣一個(gè)主軸掛擋的基本配置就已經(jīng)完成了。
此外對于大多數(shù)常用的功能，均編在了HEIDENHAIN的PLC基本程序中，都只要在文件GLB_IO.DEF中找到IO點(diǎn)，并賦予其地址即可完成配置。甚至是對于加工中心，其PLC更是包含了多達(dá)16種的換刀方式及10種刀庫類型，可根據(jù)機(jī)床的實(shí)際的情況來選擇組合應(yīng)用，確定后只需在OEM.mcg中，寫入刀具及刀庫類型。
{#NextPage#}
下面為PLC中所提供的換刀及刀庫類型，以基本滿足實(shí)際需求。標(biāo)記“X”為所具有的功能。
Tool changing system (Z is always the tool axis)
* inactive - only manual tool change posible
* TC_type_xx -> 01 02 03 04
*
* single arm X X X X
* pickup Z Y X
* pickup Z X
* pickup Z X X
* pickup Z X+/X-/Y+/Y- X
* mag moving with X axis X
* mag moving to spindle X
* mag on fixed position X
* no magazine X
*
* TC_type_xx -> 05 06 07 08 09 10 11 12
*
* double arm X X X X X X X X
* (hydraulic system)
* TC arm middle position X X X X
* (as basic position)
* TC arm middle position X X X X
* (for exchange Tspecial)
* TC gripper X X X X
* (output)
*
* TC_type_xx -> 13 14 15 16
*
* double arm X X X X
* (cam driven)
* TC arm middle position X X
* (Tfest oder Tsonder)
* TC gripper X X
DEFINE Cfg_Tool_changing_system = "TC_type_13"
上例由DEFINE Cfg_Tool_changing_system = "TC_type_13" 可知，選用的是“TC_type_13”的換刀類型，再看上表TC_TYPE_XX-> 行的“13”下的“X”標(biāo)記可知，選用的是雙手臂凸輪換刀。大家可根據(jù)實(shí)際情況選用合適的換刀方式，然后在DEFINE Cfg_Tool_changing_system里寫上所選用的類型即可。
Tool magazine system
* inactive - only manual tool change posible
* Mag_type_xx -> 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10
*
* Pulse X X X X X X X X
* Reference sensor X X X X
* Pocket 90 deg shift X X X X
* Index X X X X
*
* PLC axis X X
* Pocket 90 deg shift X
DEFINE Cfg_TC_magazine_system = "Mag_type_02"
同理，由所選類型“Mag_type_02”可知，刀庫類型為脈沖式帶零點(diǎn)開關(guān)且刀套可90度翻轉(zhuǎn)。經(jīng)過如上兩個(gè)的填寫對于換刀的配置就已基本完成。
由此可知，HEIDENHAIN的PLC所擁有的強(qiáng)大功能，并因此給程序編輯帶來了極大的便利，從而在程序編輯上節(jié)省出了大量的時(shí)間，剩下的只需在實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)實(shí)際情況做適當(dāng)?shù)男薷恼{(diào)整即可。
對于一些附加功能的設(shè)備，并不包含在PLC的基本程序庫中，此時(shí)就需要編程人員來自己編程。
以所遇到的平衡油缸來說，它有兩個(gè)壓力檢測信號，分別為壓力低點(diǎn)（I_hydraulic_low）和壓力高點(diǎn)信號（I_hydraulic_high）。要求在壓力低點(diǎn)時(shí)，液壓站工作（O_hydraulic_pump_ON），給油缸打油并在到達(dá)壓力高點(diǎn)時(shí)停止打油。
首先要在GLB_IO.DEF中定義其IO點(diǎn)，并賦予地址及名稱。
I_hydraulic_low I20
I_hydraulic_high I21
O_hydraulic_pump_ON O20
以上IO地址可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行分配，并不唯一。
然后在OEM_FUNC.SRC文件中進(jìn)行程序的編制。其中OEM_FUNC.SRC文件為HEIDENHAIN專為用戶額外添寫程序時(shí)所設(shè)定的，用戶可將自己編寫的程序?qū)懭肫渲?。如下?/span>OEM_FUNC.SRC中所添加的平衡油缸的程序。
L I_control_operational
A I_hydraulic_low
S O_hydraulic_pump_ON
L I_hydraulic_high
ON I_control_operational
R O_hydraulic_pump_ON
從之前做過的許多TNC320的項(xiàng)目看來，TNC320系統(tǒng)還算是一個(gè)比較容易上手的數(shù)控系統(tǒng)，外圍電路設(shè)計(jì)有HEIDENHAIN控制回路示例，PLC程序有豐富的PLC基本程序庫，除此之外PLC手冊中還有常用信號的編寫舉例，為我們編程提供了方便。TNC320系統(tǒng)還為那些制造有個(gè)性的機(jī)床的廠家提供了方便，機(jī)床制造商可以根據(jù)自己的機(jī)床特點(diǎn)來設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟按鍵，以及將自己多年的加工制造經(jīng)驗(yàn)固化成OEM循環(huán)，使得有特殊加工要求的客戶在編程上更加方便，這些特點(diǎn)是以前在使用FANUC時(shí)無法做到或需花許多代價(jià)才能使用的功能。在通用機(jī)床方面的使用時(shí)，只需向前面所述的一樣，稍做修改即可，對于TNC320更深入的應(yīng)用我依就在實(shí)踐中不斷的學(xué)習(xí)，今后有機(jī)會還會和大家繼續(xù)分享我的使用經(jīng)驗(yàn)。
