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1、立加數(shù)控改造的設(shè)計(jì)與調(diào)試
1.1、海德漢TNC320數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
海德漢TNC320主要組件：
主機(jī)：MC320，15寸彩色液晶顯示屏，
鍵盤、屏幕、NC、PLC的緊湊型設(shè)計(jì)，接口
包括手輪、測頭、PLC擴(kuò)展、以太網(wǎng)、RS-232、
USB等接口集成與一體，集成度更高，節(jié)省空間便于安裝。
CFR閃存卡：可移動(dòng)閃存卡CFR內(nèi)裝有TNC320
的NC軟件。也可用于存儲(chǔ)NC程序和PLC程序。其中
NC程序最大300MB，PLC程序不超過50MB。
SIK組件：SIK組件含有NC數(shù)控軟件許可證，
用于使用控制環(huán)和軟件選裝可用，是TNC320數(shù)控
系統(tǒng)的唯一標(biāo)識碼。
編碼器輸入擴(kuò)展板：外加一塊編碼器輸入
PCB電路板，可將TNC320擴(kuò)展至最大，4個(gè)閉
環(huán)軸加一個(gè)閉環(huán)主軸或5個(gè)閉環(huán)軸加開環(huán)主軸。
1.2、可編程序控制器
TNC320配有內(nèi)置PLC擁有32點(diǎn)輸入/32點(diǎn)輸出，如機(jī)床相對復(fù)雜所需的I/O較多，內(nèi)置PLC點(diǎn)數(shù)無法滿足使用要求時(shí)可通過外接PL510來進(jìn)行擴(kuò)展。在顯示屏上可以動(dòng)態(tài)顯示PLC程序并實(shí)時(shí)檢測運(yùn)行狀態(tài)。海德漢提供的PLC Basic程序具有一定的通用性，針對現(xiàn)場情況及客戶要求適當(dāng)增加相應(yīng)的控制程序段。根據(jù)機(jī)床控制和順序流程的要求，按照一定的邏輯關(guān)系由外部輸入/輸出地址和功能指令組合而成。在PLC程序編輯時(shí)，可以在安裝有PLC designNT編程軟件的PC機(jī)上編制程序，再通過RS232接口或以太網(wǎng)連接進(jìn)行與機(jī)床的通訊及傳輸，同時(shí)觀看PLC控制信號的現(xiàn)行狀態(tài)和邏輯結(jié)果，檢查伺服系統(tǒng)控制接口信號邏輯關(guān)系是否正確。
1.3控制系統(tǒng)的連接和調(diào)試
電氣部分四個(gè)輔助電機(jī)，操作面板采用海德漢標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床操作面板MB420包含有系統(tǒng)啟動(dòng)、急停開關(guān)、循環(huán)啟動(dòng)/停止、軸移動(dòng)鍵以及其他常用輔助功能鍵。有原西門子模擬主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和四套模擬進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的接口控制信息需要控制。完成電氣原理圖的設(shè)計(jì)，完成PLC程序，同時(shí)通過PLC采集機(jī)床外圍信號及伺服接口控制信號等。
2、控制系統(tǒng)的連接
海德漢TNC320數(shù)控系統(tǒng)輸入的電壓為AV220V，系統(tǒng)內(nèi)置PLC的控制電源為DC24V。TNC320系統(tǒng)擁有的位置反饋口接收1Vpp、11uA信號，可直接連接反饋信號一致的光柵尺或編碼器進(jìn)行全閉環(huán)控制。如需要用電機(jī)的編碼器進(jìn)行位置檢測一方面需要更改系統(tǒng)參數(shù)，另一方面則需要改變接線通過伺服驅(qū)動(dòng)上的反饋信號中轉(zhuǎn)通過適配器返回系統(tǒng)的位置反饋口（1Vpp）。各軸驅(qū)動(dòng)模擬量速度指令信號引入海德漢專用的接線端子盒，通過專用線與系統(tǒng)位置指令值模擬量輸出接口（X8）連接。根據(jù)海德漢要求在系統(tǒng)控制電路中有通電檢測電路即在系統(tǒng)上電之前通過強(qiáng)電對各軸及外圍部分信號進(jìn)行檢測。海德漢有專門的檢測模塊也可以通過繼電器搭接出此檢測電路，在電路中擁有一個(gè)斷電延時(shí)繼電器延時(shí)時(shí)間在1.5秒左右，使用目的在于機(jī)床如遇到突然斷電的情況可以使各軸在使能狀態(tài)下煞車，耗時(shí)較短防止出現(xiàn)意外，對于操作者更加安全。按照海德漢TNC320說明書進(jìn)行控制系統(tǒng)的連線并認(rèn)真檢查，特別是各動(dòng)力線的檢查防止相間及對地短路。
3、控制系統(tǒng)的調(diào)試
為調(diào)試方便先采用半閉環(huán)方式連接調(diào)試，這樣可以更好的對光柵尺進(jìn)行更好的位置安裝，即在機(jī)床全行程范圍內(nèi)移動(dòng)機(jī)床對光柵尺位置進(jìn)行修訂，防止因安裝問題影響調(diào)試及機(jī)床精度。本次應(yīng)用中未使用光柵尺而是在各直線軸端使用的旋轉(zhuǎn)編碼器，所以直接連接編碼器進(jìn)行調(diào)試。
調(diào)試步驟一：控制系統(tǒng)通電
現(xiàn)將系統(tǒng)的供電插頭X100、X34/X44（AV220和DC24V）拔下，給機(jī)床通電，通電中要逐級測量電壓檢查是否正常。如無故障，恢復(fù)插頭并給機(jī)床和系統(tǒng)通電。
調(diào)試步驟二：設(shè)定機(jī)床參數(shù)
檢查海德漢TNC320系統(tǒng)版本，如版本過低須通過軟件包對NC軟件進(jìn)行升級。初次啟動(dòng)時(shí)首先要建立與電腦的連接，一般采用傳輸速度較快且簡單方便的以太網(wǎng)傳輸方式。按照調(diào)試手冊設(shè)置系統(tǒng)及電腦的IP地址，通過點(diǎn)對點(diǎn)交叉網(wǎng)線進(jìn)行連接。
在電腦上安裝傳輸軟件TNCremoNT和PLC程序編輯軟件PLCdesignNT與系統(tǒng)進(jìn)行通訊并備份原始參數(shù)。TNC320數(shù)控系統(tǒng)出廠標(biāo)配標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)是三個(gè)直線軸（X、Y、Z）、一個(gè)主軸（S），在本次項(xiàng)目中需要增加一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸B。與其他系統(tǒng)不同，TNC320在增加軸的時(shí)候不能簡單的在系統(tǒng)參數(shù)中設(shè)置旋轉(zhuǎn)軸，而是需要通過傳輸軟件TNCremoNT在系統(tǒng)的Kinematics中進(jìn)行修改，修改過程相對較為復(fù)雜，需嚴(yán)格按照調(diào)試手冊進(jìn)行，完成后重啟系統(tǒng)。
系統(tǒng)需要對一些外圍設(shè)備分配口進(jìn)行設(shè)置，包括手脈及各軸的反饋口、反饋類型、模擬量輸出口等，如有漏掉的設(shè)置系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)報(bào)警。對于各軸的增益、加速度、加加速度等的設(shè)置需要在調(diào)試過程中是具體情況選擇適當(dāng)?shù)闹怠?/p>
調(diào)試步驟三：完善PLC程序
TNC320數(shù)控系統(tǒng)可以在NC系統(tǒng)上現(xiàn)場修改梯形圖，也可以在計(jì)算機(jī)上通過軟件PLCdesignNT進(jìn)行編寫之后傳入NC。
在海德漢提供的Basic程序上進(jìn)行修改，首先將在OEM.mcg文件中按照機(jī)床激活所需功能，例如重力軸制動(dòng)、刀庫類型等。在GLB_IO.DEF文件中將對應(yīng)的輸入/輸出點(diǎn)配置齊全。如需要增加些程序段一般建議在文件OEM_FUNC.SRC中進(jìn)行編寫。調(diào)試機(jī)床實(shí)際上就是把NC的I/O控制信號與強(qiáng)電柜中的繼電器、機(jī)床開關(guān)和電磁閥等輸入/輸出信號相對應(yīng)起來，實(shí)現(xiàn)機(jī)床所需的動(dòng)作和功能。如遇到問題可通過PLCdesignNT進(jìn)行診斷可以看到各信號的當(dāng)前狀態(tài)和邏輯關(guān)系，從而找出問題所在進(jìn)一步檢查線路。
調(diào)試步驟四：通電調(diào)試
海德漢系統(tǒng)與其他系統(tǒng)不同，在面板上沒有電源開關(guān)，如有需要可以自行安裝。機(jī)床通電同時(shí)系統(tǒng)直接通電，所不同的是操作面板上的啟動(dòng)開關(guān)按下時(shí)強(qiáng)電檢查回路對加床的狀態(tài)進(jìn)行檢測，之后各軸處于使能狀態(tài)，上電過程結(jié)束，時(shí)間需要2~3秒，故啟動(dòng)開關(guān)按下時(shí)間應(yīng)在2~3秒之間。
通過密碼進(jìn)入?yún)?shù)畫面，匹配調(diào)整機(jī)床參數(shù)。選擇JOG方式，進(jìn)給倍率調(diào)到較低狀態(tài)，分別進(jìn)行各坐標(biāo)軸正反方向的電動(dòng)操作，如果出現(xiàn)飛車或移動(dòng)方向與實(shí)際方向相反的情況需要對相應(yīng)的參數(shù)（checkAbsolutpos、checksignallevel）進(jìn)行調(diào)整。手按與點(diǎn)動(dòng)方向相對應(yīng)的超程開關(guān)，檢驗(yàn)其保護(hù)作用是否可靠，然后進(jìn)行超程試驗(yàn)，驗(yàn)證超程開關(guān)安裝的正確性。
對于回零方式海德漢系統(tǒng)與其他系統(tǒng)也有些許不同，在回零前軸名上顯示問號（?），每按一次循環(huán)啟動(dòng)各軸會(huì)按照設(shè)定的順序回零，也可以設(shè)置為只按一次循環(huán)啟動(dòng)各軸按順序自動(dòng)回零?；亓惴绞皆O(shè)定為正向回零，在沒有完成回零之前操作不能自動(dòng)運(yùn)行，JOG速度也被限制到回零速度，因此無論是調(diào)試完成還是調(diào)試過程當(dāng)中回零都是十分重要。
機(jī)床長時(shí)間未使用，導(dǎo)軌潤滑較差。首先進(jìn)行手動(dòng)潤滑試驗(yàn)，待潤滑油覆蓋導(dǎo)軌后即可轉(zhuǎn)為自動(dòng)潤滑。該機(jī)床的導(dǎo)軌潤滑采用的是有壓力檢測的潤滑系統(tǒng)，在數(shù)控系統(tǒng)上可以同時(shí)通過時(shí)間、壓力、移動(dòng)距離控制潤滑時(shí)間和潤滑間隔時(shí)間。增大進(jìn)給倍率，隨意點(diǎn)動(dòng)各軸，觀察速度變化和移動(dòng)的平穩(wěn)性。同時(shí)修改系統(tǒng)參數(shù)增益、加速度、加加速度等。
機(jī)床刀庫是典型的斗笠式換刀，需要在無刀情況下進(jìn)行調(diào)試。手動(dòng)執(zhí)行換刀的全過程，從而精確的從系統(tǒng)上讀出換刀點(diǎn)坐標(biāo)，并在系統(tǒng)參數(shù)中設(shè)置。 建立刀具表，在MDI方式下編輯換刀程序，進(jìn)行自動(dòng)換刀空運(yùn)行。
調(diào)試步驟五（選項(xiàng)）：如客戶需要加裝光柵實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)控制則需按一下步驟實(shí)現(xiàn)。
機(jī)床斷電，通過修改參數(shù)和更改線路將機(jī)床改為全閉環(huán)連接，以距離編碼的尺子（LB382C）為例，在任意回零距離不會(huì)超過80mm，這樣大大提高了效率，節(jié)省了時(shí)間。在調(diào)試過程中將相應(yīng)參數(shù)與光柵尺進(jìn)行匹配。特別的，全閉環(huán)控制是應(yīng)限位超程開關(guān)被按下時(shí)系統(tǒng)報(bào)警顯示與半閉環(huán)時(shí)相反，即在PLC不動(dòng)的前提下按下+限位系統(tǒng)顯示—超程報(bào)警，因此需要在PLCHRXX_MAN.SRC文件中進(jìn)行修改。為防止對機(jī)械造成損害，需要手按行程開關(guān)進(jìn)行確認(rèn)。
調(diào)試步驟六：優(yōu)化參數(shù)
在改造當(dāng)中由于系統(tǒng)與伺服來自不同廠家，所以不能通過軟件進(jìn)行下載式優(yōu)化，我們可以通過海德漢提供的TNCscopeNT軟件，在聯(lián)機(jī)狀態(tài)下通過波形觀察各軸運(yùn)動(dòng)跟隨誤差，通過修改參數(shù)使跟隨誤差達(dá)到最小。
4、功能試車
將機(jī)床選擇編輯狀態(tài)，自行編輯一簡單程序，盡可能多的包括各種功能指令和輔助功能指令，移動(dòng)尺寸以最大行程為限，同時(shí)進(jìn)行程序的增加、刪除和修改。與其他系統(tǒng)不同，海德漢擁有自己的對話式編程格式，熟悉之后用起來相對比較方便，可以調(diào)用一些固定循環(huán)進(jìn)行試驗(yàn)。通過試運(yùn)行狀態(tài)對已編程序進(jìn)行試運(yùn)行，檢查程序是否正確，同時(shí)系統(tǒng)擁有圖形顯示功能，設(shè)置好毛胚后可以顯示加工件的加工廠過程。
在單段運(yùn)行狀態(tài)通過文件管理器選擇已編好的程序，放開進(jìn)給倍率，每按一次循環(huán)啟動(dòng)即可執(zhí)行一句程序，觀察機(jī)床運(yùn)動(dòng)情況，在確定安全的前提下直接轉(zhuǎn)換成全自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)執(zhí)行程序。分別將進(jìn)給倍率旋鈕和主軸倍率旋鈕進(jìn)行多種變化，使機(jī)床在上述多種變化下充分運(yùn)行，使機(jī)床充分運(yùn)行，觀察整機(jī)的工作情況是否正常。
為提高機(jī)床的定位精度和重復(fù)定位精度，用激光干涉儀測量三個(gè)直線軸滾珠絲杠的螺距誤差，在數(shù)控系統(tǒng)上建立補(bǔ)償表進(jìn)行螺距補(bǔ)償誤差，是精度達(dá)到10um以內(nèi)。
綜上所述，在此次機(jī)床改造中有三個(gè)基本方面：接線、完善PLC和設(shè)置機(jī)床參數(shù)。調(diào)試中出現(xiàn)的問題應(yīng)該從這三個(gè)方面入手進(jìn)行處理，深入了解機(jī)床的工作原理、控制原理和工業(yè)操作過程，不斷的積累實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，提高實(shí)踐處理問題的能力。
