HEIDENHAIN TNC620在立式加工中心VS500上的應用

羅麗

(宜賓普什機床有限公司，四川 宜賓 644007)

1 引言

宜賓普什機床有限公司最新研制的小型立式加工中心VS500，采用高剛性、高精度設計，生產效率高，各項指標均達到目前國內同類機床的最高標準，其標配技術參數(shù)如下:

X/Y/Z軸移動行程:500/400/300 mm

機械主軸最高轉速:18000rpm

快速進給速度:48000mm/min

換刀時間T-T:1.3s

定位精度:0.006mm

重復定位精度:0.004mm

最大加速度:0.8g

2 控制系統(tǒng)及元件選型

硬件設計的好壞決定控制系統(tǒng)能否適合于高速、高精、高表面質量加工，TNC 620系統(tǒng)采用全新的微處理器結構具有非常強大的計算能力，可控制3+1軸，其硬件配置如下:

主機:MC6110

緊湊型控制單元:UEC111

手輪:HR130

機床操作面板:MB620

主軸電機:QAN200M 18000rpm

進給軸電機:X、Y軸:QSY 130E EcoDyn

Z軸:QSY 155B EcoDyn

刀具測頭:TT140

3 系統(tǒng)結構

主機MC6110包括15英寸顯示器、TNC操作面板、賽揚400MHz處理器、512MB內存及其他接口，電源24V由UEC111提供。

緊湊型控制單元UEC111是帶內置PLC輸入和輸出的控制單元，還帶內置制動電阻的變頻器，它為主機和其他HSCI部件提供24V電源。

變頻器包括X15～X19速度編碼器接口、X201～X205位置編碼器接口、電源電路、X80～X84進給軸和主軸電機連線接口、制動電阻器、X71主軸安全繼電器、X72進給軸安全繼電器。

系統(tǒng)PL內置在UEC111中，包括X112工件測頭接口、X113刀具測頭接口、X4、X5 PLC輸入接口、X6PLC輸出接口。

UEC111電源制動方式為非再生型回饋，輸入電壓3×400 V(±10%)，50～60 Hz，三相電源經磁環(huán)濾波抑制系統(tǒng)的電壓波動，以提高伺服性能。直流母線電壓為565V，同時輸出直流24V供主機和機床操作面板使用。

圖1 系統(tǒng)連接電路圖Figure1 System Connection Diagram

變頻器上設有各種狀態(tài)指示燈，另有直流母線、主軸脈沖使能、進給脈沖使能三項繼電器狀態(tài)輸出，系統(tǒng)連接電路如圖1所示。

MB620機床操作面板:電源24V、8個PLC輸入、8個PLC輸出

4 調試

4.1 通電前檢查

檢查24Vdc回路有無短路。

檢查接地是否可靠。

檢查各插頭、連接器連接是否正確、可靠。

如果通電前檢查無誤，則可以給系統(tǒng)加電。合上主電源開關，MC6110、UEC111、MB620均通電。

檢查數(shù)控系統(tǒng)MC6110，能進入主界面，否則檢查數(shù)控系統(tǒng)X101電源線，看是否有24Vdc電源。

檢查UEC111電源模塊狀態(tài)。

UDC-LINK ON綠燈亮，母線電壓正常。

AXES綠燈亮，伺服軸安全繼電器吸合，伺服軸使能有效。

SPINDLE綠燈亮，主軸安全繼電器吸合，主軸使能有效。

紅燈“POWER FAIL”亮，表明動力電源沒有輸出;“NC RESET”、“SH1”、“SH2”燈亮表明系統(tǒng)處于原始狀態(tài)或機床參數(shù)設定、外部連線錯誤。

4.2 系統(tǒng)常用參數(shù)設定及調整

HEIDENHAIN參數(shù)界面是以文件夾的形式表示的，因此不需要記住參數(shù)號，只需編輯狀態(tài)下輸入密碼95148進入參數(shù)設置文件夾。

(1)主軸顯示(靜止時也顯示角度)

System＞DisplaySettings＞CfgDisplayData＞spindlei

Display(100007)＞during closed loop and m5

(2)屏蔽軸

在調試、維護機床時，如果某軸的電機未連接，這時需要將此軸屏蔽，以免誤動作。

System＞axes＞physicalaxis＞cfgaxis:

＞axismode(x.300105)＞notactive

＞Testmode(x.300106)＞false(任意一個都可以)

(3)回參考點設置

Axes＞parametersets＞px＞cfgreferencing:

＞refType(px.400401)是返回參考點的方式，直線進給軸選用Switch，changing Dir，即遇到回零擋塊后反向尋找參考點;

＞refPosition(零偏)(px.400403):參考點在機床坐標系中的位置;

＞refSwitchActive:參考點擋塊生效時的電平值;

＞refFeedHigh:返回參考點擋塊的速度;

＞refFeedLow:反向時尋找參考點時的速度;

＞refDirection:返回參考點擋塊的方向。

(4)進給軸的速度

Axes＞parametersets＞px＞cfgfeedlimits:

＞minFeed(px.400301)該進給軸的最小速度，設定為0;

＞maxFeed(px.400302)是機床該軸執(zhí)行G00時的速度;

＞rapidFeed(px.400303)是機床該軸在手動狀態(tài)下的快速移動速度;

＞manualFeed(px.400304)是機床該軸在手動移動速度;

＞maxacceleration(px.400305)機床該軸最大加速度

(5)軟極限設置

Axes＞parametersets＞px＞cfgpositionlimits:

＞swlimitswitchpos(px.400501)x軸正向軟限位;

＞swlimitswitchneg(px.400502)x軸負向軟限位;

(6)換刀點設置

System＞plc＞Cfgoemposition(104700):

＞np-dg-tc-pos-ax3-put in(Z軸)

＞np-dg-tc-pos-ax1(X軸)

＞np-dg-tc-pos-spindle(主軸換刀點角度)

System＞plc＞CfgOem Int(104600):

＞np_dg_S_orient_rpm＞500(主軸定向速度)

＞np_dg_S_jog_rpm＞500(主軸點動速度)

(7)反向間隙補償

Axes＞parametersets＞px＞cfgaxiscomp:

＞active(px.401801)＞on激活反向間隙

＞comptype(px.401803)＞non-linear非線性補償

(8)潤滑設置

TNC620基本程序提供了機床潤滑功能，滿足下列條件之一時機床潤滑就會被啟動:

設定的進給軸潤滑間隔移動距離被超過;

設定的潤滑時間間隔到達;

軸潤滑按鍵被按下;

機床按下電源開關啟動時;

距離設置(可根據(jù)實際需要調節(jié)):

Axes＞parametersets＞px＞cfgpositionlimits＞lubricationdist (px.400503)潤滑距離＞15000

時間設置(可根據(jù)實際需要調節(jié)):

System＞plc＞cfgoem Int(104600)＞

np_dg_lubrication_time＞60潤滑時間

np_dg_max_lubrication_time＞120潤滑時間上限

np_dg_min_lubrication_time＞30潤滑時間下限

(9)伺服調整

a.電流環(huán)

Axes＞parametersets＞px＞cfgcurrentcontrol:

＞ictrlpropgain(px.401001)＞5

＞ictrlintgain(px.401002)＞1000

b.速度環(huán)

Axes＞parametersets＞px＞cfgspeedcontrol:

＞vctrlpropgain(px.400901)＞5

＞vctrlintgain(px.400902)＞1000

＞vctrlfiltfreq1(px.400908)＞5

＞vctrlfiltdamping(px.400910)＞1000

4.3 PLC程序

TNC620使用PLC基本程序由PLC-DesignNT創(chuàng)建，該程序已經集成了95%以上PLC的功能，PLCdesignNT軟件是基于Windows的應用軟件，具有齊全的程序編輯、調試功能，該軟件主要用于開發(fā)當前HEIDENHAIN控制器的PLC程序，支持OEM進行PLC程序創(chuàng)建、編輯和集成以及傳送，還可以創(chuàng)建PLC軟鍵，傳送PLC程序到控制器。

(1)根據(jù)圖紙中定義的I/O地址及功能，在文件GLB_IO_ CONFIG.LIB中尋找相應的名稱，編輯到GLB_IO_CONFIG.DEF，同時GLB_IO_CONFIG.LIB中相應的名稱也要被注釋掉。若需增加的I/O功能定義不是圖紙直接定義的，則在GLB_IO_ CONFIG.LIB中添加就行，然后在相應各模塊中編輯應用程序。

(2)PLC基本程序配置在oem.mcg文件中，根據(jù)需要將相應的模塊激活即可。

如激活該系統(tǒng)潤滑功能時:

DEFINE Cfg_Lubrication_axes=“active”

(3)有些功能與機床不相符的，可以在相應功能模塊里稍做更改以適配到機床功能上。

(4)若有基本程序里沒有的功能，可以編輯自己的功能模塊文件。在這臺機床上我們相應的增加了

OEM_FUNC.SRC功能文件模塊。在OEM_FUNC.SRC文件里編入機床的沖鐵屑、松刀吹氣、門鎖控制等功能。

4.4 優(yōu)化

a.電流環(huán)優(yōu)化

選擇電流環(huán)優(yōu)化方式，設置相應參數(shù)，并通過外部機械使運動軸處于固定或夾緊狀態(tài)，由相應鍵控制優(yōu)化開始。優(yōu)化過程由NC控制自動結束并顯示優(yōu)化后的曲線，適當改變增益至波形尖峰10%左右，響應時間為350～600μs時結束［1］(如圖2所示)。

圖2 電流環(huán)優(yōu)化Figure2 current loop optimization

b.速度環(huán)優(yōu)化

分脈沖響應P系數(shù)和階躍響應I系數(shù)兩種優(yōu)化環(huán)節(jié)。一般，復位時間要求使t介于4～20ms之間，尖峰10%左右(如圖3所示)，電流濾波器1～4主要是對速度環(huán)控制器頻域響應中的波峰進行調節(jié)，抑制振動，使伺服平穩(wěn)運行。

圖3 速度環(huán)優(yōu)化Figure3 speed loop optimization

［1］于曉紅，王洪才。海德漢iTNC530數(shù)控系統(tǒng)在數(shù)控銑鏜床上的應用［J］。制造技術與機床，2005年第11期。

［2］HEIDENHAIN TNC620 Technical Manual［M］。November 2009。