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[摘要]：隨著數(shù)控機(jī)床的普及應(yīng)用，數(shù)控技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益為更多的人理解。由于資源有限同購(gòu)置新機(jī)床相比舊機(jī)床改造可使舊機(jī)床從新發(fā)揮作用，且環(huán)保，為國(guó)家節(jié)約資源，特別是大型特殊機(jī)床尤其明顯。本文主要介紹GSK980TD系統(tǒng)配DA98交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在TND360型計(jì)算機(jī)數(shù)控車床上的應(yīng)用。
1、 前言：
隨著科學(xué)技術(shù)是發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)越來越合理，其性能、精度和效益日趨提高，因此對(duì)加工機(jī)械產(chǎn)品零部件的生產(chǎn)設(shè)備——機(jī)床也相應(yīng)地提出了高性能、高精度與高自動(dòng)化的要求；另外由于資源的有限，因此，機(jī)床的數(shù)控化改造技術(shù)也日趨成熟。我公司的TND360型計(jì)算機(jī)數(shù)控萬(wàn)能車床是德國(guó)特勞伯TX—8K系統(tǒng)，由于元器件老化、無(wú)備件更換、設(shè)備停置較長(zhǎng)時(shí)間而無(wú)法使用，對(duì)其進(jìn)行改造也就迫在眉睫。下面具體介紹對(duì)TND360數(shù)控車床的改造。
2、 系統(tǒng)配置：
2.1、改造前TND360數(shù)控車床系統(tǒng)的基本組成：
2.1.1、主傳動(dòng)系統(tǒng)：見圖1
主軸電機(jī)是采用40KW的直流伺服電機(jī)、轉(zhuǎn)速0—2000n/min，機(jī)械力矩128NM；采用高、低速二檔齒輪箱變速，使調(diào)速范圍更廣。
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2.1.2、X軸、Z軸伺服驅(qū)動(dòng)及電源：見圖2
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2.1.3、TX—8K系統(tǒng)組成及外圍裝置：見圖3
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系統(tǒng)由：主板LX61、存儲(chǔ)板LX64、輸入輸出板LX63、電源模塊PD—18A。
外圍由：NC操作面板、CRT顯示器、紙帶閱讀機(jī)、紙帶打印機(jī)、輸入輸出設(shè)備等。
在保證原有機(jī)床的功能和精度的前提下，且考慮到便于設(shè)備的管理和機(jī)床的性價(jià)比，經(jīng)市場(chǎng)調(diào)研決定采用GSK980TD車床數(shù)控系統(tǒng)及DA98交流伺服驅(qū)動(dòng)器。
2.2、GSK980TD車床數(shù)控系統(tǒng)：
GSK980車床數(shù)控系統(tǒng)是普及型數(shù)控系統(tǒng)，是經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)的升級(jí)換代產(chǎn)品。
2.2.1、GSK980TD系統(tǒng)的特點(diǎn)：
采用先進(jìn)的插補(bǔ)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高速um級(jí)控制；
集成度高、整機(jī)工藝結(jié)構(gòu)合理、可靠性高；
液晶（LCD）中文顯示、全屏幕編輯界面、操作方便易用；
內(nèi)嵌PLC系統(tǒng)，可根據(jù)使用要求變更I/O控制邏輯；
加速度可調(diào)，可配套步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器或伺服驅(qū)動(dòng)器；
可變電子齒輪比、應(yīng)用更方便。
2.3、DA98交流伺服系統(tǒng)：
DA98交流伺服系統(tǒng)是國(guó)產(chǎn)第一代全數(shù)字交流伺服系統(tǒng)，采用國(guó)際最新數(shù)字信號(hào)處理（DSP）、大規(guī)模可編程門陣列（CPLD）和智能化功率模塊（LPM）、集成高、體積小、保護(hù)完善、可靠性好。
2.4、伺服電機(jī)：
X軸：DA98—15/130SM10015 10N·M；`
Z軸：DA98—15/130SM15015 15N·M；
2.5、伺服變壓器：
原TND360系統(tǒng)變壓器：三相220V/3.8KW；
2.6、主軸編碼器：
ZL—615/1024BZ/05L；
2.7、手脈：
ZL—100BZ/05E；
2.8、主軸使用變頻器帶動(dòng)變頻電機(jī)，使速度范圍更廣
三墾變頻器：SHF—22K；
變頻電機(jī)：YVP180M—4/18.5KW；
2.9、JLD6.8B系列電動(dòng)刀架
1、 軟件設(shè)計(jì)：
3.1主軸的連接與調(diào)整：
3.1.1、連接：
為了滿足TND360機(jī)床的要求，故選擇變頻器來控制變頻電機(jī)以獲得較大的主軸調(diào)速比，配以1024線增量式編碼器進(jìn)行螺紋加工。系統(tǒng)與變頻器的連接（見圖4），在系統(tǒng)X37（模擬電壓）輸出端5腳（SVC）和4腳（0V）輸出0～10V模擬電壓到變頻器模擬電壓輸入端。K1、K2分別控制主軸的正、反轉(zhuǎn)。
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根據(jù)TND360機(jī)床功能，主軸高、低二檔，分別M41、M42的輸出來控制（見圖5），換檔分別由Y1、Y2來完成，并由接近開關(guān)發(fā)出換檔到位信號(hào)告知系統(tǒng)換檔已結(jié)束。
主軸編碼器接口連接（見圖6）：
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3.1.2、設(shè)置與調(diào)整：
NO.001 Bit4=1主軸為變頻器或模擬電壓控制；
NO.164 Bit7(AGER)=0主軸自動(dòng)換檔功能有效；
NO.164 Bit6(AGIN)=1檢查換檔到位信號(hào)；
NO.037 NO.038的調(diào)整：
當(dāng)編程規(guī)定的轉(zhuǎn)速與編碼器檢測(cè)到的轉(zhuǎn)速不一致時(shí)，可通過調(diào)整NO.037 NO.038使指定的轉(zhuǎn)速與實(shí)際值一致。
轉(zhuǎn)速調(diào)整方法：選擇主軸第一檔，在MDI頁(yè)面中錄入指令S9999并運(yùn)行使主軸旋轉(zhuǎn)，觀察屏幕右下角顯示的主軸轉(zhuǎn)速值重新輸入到NO.037中，其余檔位的調(diào)整方法與此相同。在輸入S9999時(shí)電壓值應(yīng)為10V，輸入S0時(shí)的電壓值應(yīng)為0V，如有偏差可調(diào)整數(shù)據(jù)參數(shù)。
NO.021 NO.036校正電壓偏置補(bǔ)償值。
3.2、系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)器的連接與調(diào)整：
3.2.1、連接：
X、Z軸采用位置控制方式（見圖7），nCP為系統(tǒng)輸出指令脈沖，nDIR為運(yùn)動(dòng)方向符號(hào)，兩者一起構(gòu)成軸運(yùn)動(dòng)方向和速度，nDALM為驅(qū)動(dòng)器向系統(tǒng)輸出報(bào)警信號(hào)。
3.2.2、設(shè)置與調(diào)整：
驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)置：NO.4=0位置控制方式；NO.14=0位置指令脈沖輸入方式為：脈沖+符號(hào)；
系統(tǒng)參數(shù)調(diào)整：NO.005 Bit2(DADY)=0驅(qū)動(dòng)器/伺服準(zhǔn)備好信號(hào)為0時(shí)為準(zhǔn)備好；
齒輪比調(diào)整：機(jī)床的移動(dòng)距離與系統(tǒng)坐標(biāo)顯示位移距離不一致時(shí)，可修改參數(shù)NO.015～NO.018來進(jìn)行電子齒輪比的調(diào)整，可適應(yīng)不同的機(jī)械傳動(dòng)比。
計(jì)算公式：
×
CMR：指令倍乘系數(shù)（數(shù)據(jù)參數(shù)NO.015 NO.016）；
CMD：指令分頻系數(shù)（數(shù)據(jù)參數(shù)NO.017 NO.018）；
α：脈沖當(dāng)量電機(jī)接受一個(gè)脈沖轉(zhuǎn)動(dòng)的角度；
L： 絲桿的導(dǎo)程；
δ：系統(tǒng)的最小輸入指令單位（本系統(tǒng)Z相為0.001mm，X相為0.0005mm）；
ZM ：絲桿端齒輪的齒數(shù)；
ZD：電機(jī)端齒輪的齒數(shù)；
例：絲桿端齒輪的齒數(shù)為50，電機(jī)端齒輪的齒數(shù)為30，步距角為0.75度，絲桿導(dǎo)程為4mm 。
步距角為0.75度，驅(qū)動(dòng)器設(shè)定為10細(xì)分組，則α=0.075
X方向齒輪比為：×=
Z方向齒輪比為：×=
則數(shù)據(jù)參數(shù) NO.015（CMRX）=1 NO.017（CMDX）=1
NO.016（CMRZ）=1 NO.018（CMDZ）=2
這樣系統(tǒng)的最小編程單位都是0.001mm，滿足原機(jī)床的精度要求。
3.3、刀架的連接與調(diào)整：
3.3.1、連接：見圖8
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根據(jù)本公司的產(chǎn)品機(jī)構(gòu)和工作效率考慮，決定使用六工位JCD6.8B系列臥式電動(dòng)刀架，刀架的轉(zhuǎn)位是由三相小功率交流電機(jī)通過蝸輪蝸桿傳動(dòng)、三齒盤嚙合鎖緊的工作原理。具有轉(zhuǎn)位穩(wěn)定可靠、切向力矩大、定位精度高、采用霍爾元件發(fā)信，安全可靠、使用壽命長(zhǎng)。
3.3.2、設(shè)置與調(diào)整：
NO.011 Bit0(TCPS)=0刀架鎖緊信號(hào)低電平有效；
NO.011 Bit1(TSGN)=1刀架到位信號(hào)低電平有效，并接上拉電阻；
NO.076 移動(dòng)一刀位所需時(shí)間的上限 1000um；
NO.078 從第一把刀換到最后一把刀所需時(shí)間上限 15000um；
NO.082 換刀T1時(shí)間：刀架正轉(zhuǎn)停止到刀架反轉(zhuǎn)鎖緊開始的延時(shí)時(shí)間0um；
NO.083 未接受到TCP的報(bào)警時(shí)間 500um；
NO.084 總刀位數(shù)選擇；
調(diào)試中必須每一個(gè)刀位都進(jìn)行一次換刀，觀察刀位的準(zhǔn)確性和時(shí)間參數(shù)設(shè)定是否合適，在換刀過程中如出現(xiàn)換刀錯(cuò)誤或不換刀可通過診斷參數(shù)來判斷信號(hào)是否有效。
3.4、手輪的連接和調(diào)整：
3.4.1、連接：見圖9
HA、HB分別為手輪的A相、B相輸入信號(hào)，+5V、0V為直流電源
3.4.2、設(shè)置與調(diào)整：
NO.001 Bit4=1手輪操作方式有效；
3.5、急停、限位的連接與調(diào)整：
3.5.1、連接：
本系統(tǒng)具有軟限位功能，為安全起見同時(shí)也采用硬限位措施。見圖10
ESP：急停信號(hào)，當(dāng)觸點(diǎn)斷開時(shí)，急停信號(hào)與24V斷開，機(jī)床緊急停止，M03、M04、MO8、M32信號(hào)關(guān)閉，系統(tǒng)準(zhǔn)備好nMRDY觸點(diǎn)斷開，同時(shí)關(guān)閉X、Z軸的脈沖輸出。
3.5.2、設(shè)定與調(diào)整：
NO.014 Bit3（MESP）=0急停輸入有效，用戶可在診斷參數(shù)NO.001Bit4(ESP)查看急停輸入的狀態(tài)(X0.5)，在手動(dòng)或手輪方式下移動(dòng)各坐標(biāo)軸驗(yàn)證各軸超程限位開關(guān)的有效性，報(bào)警顯示的正確性和超程解除按鈕的完好性能。
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3.6、M功能及其輔助信號(hào)的連接與調(diào)試：
3.6.1、連接：見圖11
必須注意的是有部分輸入、輸出接口可定義多種功能，輸入功能有效時(shí)，該輸入信號(hào)與24V導(dǎo)通；輸出功能有效時(shí)，該信號(hào)與0V導(dǎo)通。
3.6.2、設(shè)定與調(diào)整：
NO.164 Bit2(SLTW)=1尾座功能有效；
NO.164 Bit0(SLQP)=1卡盤功能有效；
NO.164 Bit1(SLSP)=0如果卡盤未夾緊，則無(wú)法啟動(dòng)主軸；
NO.168 Bit4(PB3)=1壓力檢測(cè)機(jī)能有效；
NO.168 Bit0(PB1)=1外卡方式；
NO.168 Bit2(PB2)=1檢查卡盤到位信號(hào)；
以上是機(jī)床運(yùn)行起來的幾個(gè)關(guān)鍵的參數(shù)，其余的一些參數(shù)要在機(jī)床運(yùn)行過程中逐步完善，使機(jī)床調(diào)整到最佳運(yùn)行狀態(tài)。
3.7、有關(guān)機(jī)床精度的幾個(gè)參數(shù)的調(diào)整與設(shè)定：
GSK980TD系統(tǒng)精度為0.001mm，影響精度的原因有多方面，在保證機(jī)床精度的前提下，通過調(diào)整驅(qū)動(dòng)器參數(shù)來消除振蕩也是一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)。
3.7.1、速度控制：
［速度比例增益］（參數(shù)NO.5）的設(shè)定值，在不發(fā)生振蕩的條件下，盡量設(shè)置的較大；
［速度積分時(shí)間常數(shù)］（參數(shù)NO.6）的設(shè)定值，在不發(fā)生振蕩的條件下，盡量設(shè)置的較?。?/p>
［速度檢測(cè)低通濾波器］適當(dāng)增加此值，速度反饋響應(yīng)越快，可消除振蕩；
3.7.2、位置控制：
［位置前饋增益］（參數(shù)NO.10）設(shè)置為0%；
［位置比例增益］（參數(shù)NO.6）的設(shè)定值，在穩(wěn)定范圍內(nèi)，盡量設(shè)置較大。［位置比例增益］設(shè)置的太大時(shí)，位置指令的跟蹤特性好，滯后誤差小，但在停止定位時(shí)易產(chǎn)生振蕩；
［位置前饋低通濾波器截止］設(shè)定此值可增加復(fù)合位置控制的穩(wěn)定性；
3.7.3、啟停特性的調(diào)整：
伺服系統(tǒng)的啟停特性既加減速時(shí)間，由負(fù)載慣量及啟動(dòng)、停止頻率決定，也受伺服驅(qū)動(dòng)器和伺服電機(jī)的性能決定。增加［加速時(shí)間常數(shù)］、［減速時(shí)間常數(shù)］（參數(shù)NO.40、NO.40）、減?。蹆?nèi)部轉(zhuǎn)矩限制值］（參數(shù)NO.34、NO.35）、減低電機(jī)［最高速度限制］（參數(shù)NO.23）。
以上是一個(gè)最基本的抑制方法，在不同驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)上使用由于系統(tǒng)配置和機(jī)床結(jié)構(gòu)的差別，產(chǎn)生振蕩的原因也不盡然，所以具體參數(shù)的設(shè)定以現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試為準(zhǔn)。
4、通信軟件：
GSK980TD是GSK980TA的升級(jí)版本，由于TND360機(jī)床的輸入輸出功能較多，而GSK980TA以不能完成此機(jī)床的改造。
GSKCC是GSK980TD數(shù)控系統(tǒng)上位機(jī)的配置軟件，可在WINDOWS98/2000/XP操作系統(tǒng)下運(yùn)行，可實(shí)現(xiàn)PLC梯形圖程序編輯，CNC參數(shù)、刀具偏置、螺距補(bǔ)償?shù)脑O(shè)置和零件加工程序的編輯功能，以及存儲(chǔ)文件的保存、打印。
5、結(jié)束語(yǔ)：
GSK980TD具有豐富的編程指令和控制功能，可應(yīng)用PLC編程軟件根據(jù)PLC梯形圖的編程語(yǔ)法和地址設(shè)置來編輯梯形圖，運(yùn)用靈活便捷，可適宜大型機(jī)床的數(shù)控化改造，大量節(jié)約資金。TND360計(jì)算機(jī)數(shù)控改造就是一個(gè)良好的例證，機(jī)床一年來運(yùn)行良好，較以前相比故障率大大減低，機(jī)床的各相性能指標(biāo)都達(dá)到改造前TND360計(jì)算機(jī)萬(wàn)能數(shù)控車床的要求。
參考文獻(xiàn)
GSK980TD車床數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品說明書
DA98全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)安裝使用手冊(cè)
GSK980TD車床數(shù)控系統(tǒng)PLC使用說明書
TND360計(jì)算機(jī)數(shù)控萬(wàn)能車床電氣線路圖冊(cè)
ILD系列電動(dòng)刀架使用說明書
