鍪 主坌堑 ｓｎｅｊ ｖｕ Ｆｅｎ× ＤＣＩｌ ｌ缸盖加工中心的 控制系统分析 夏超国赵明炯 （湖北工业职业技术学院机电工程系，湖北十堰４４２０００） 摘要：讲述了ＤＣＩｌｌ缸盖加工中心ＦＡＮＵＣ １６ｉ－ＭＢ数控系统的控制原理，通过企业改造设备的实践，分析了ＦＡＮＵＣ系统在设备 改造中的应用情况，完善了ＰＭＣ的控制程序，对今后的设备改造有一定的借鉴作用。 关键词：数控系统；不间断电源；刀库 １ 加工中心数控系统的控制原理 １．１ 缸盖加工中心 ＩＮＵＣ １６ｉ－ＭＢ系统的特点及组成 ＤＣＩ１１缸盖４台加工中心的数控系统采用的是ＦＡＮＵＣ ＰＳＵ２接通。另一个电源模块Ｕ ＰＳＵ３为Ｚ、Ｂ轴提供电源，伺 服放大器Ｕ－ＳＶＵ３、Ｕ－ＳＶＵ４分别控制Ｚ、Ｂ轴的伺服电机。伺 服电源模块电源由外部ＡＣ２００ Ｖ Ｒ１、Ｓ１、Ｔ１ 相电源供给，通 过电源模块整流滤波等处理为［）（２６００ Ｖ左右电源输出，经Ｐ、Ｎ 电缆连接到伺服放大器供给其工作。伺服电机及光栅尺均通 过光缆直接反馈到伺服放大器上，从而控制各轴的伺服电机的 位置、速度运动及反馈。 １６ｉ－ＭＢ系统，这类系统最多可控制８轴，可实现５轴联动。它 以超小超薄型为主要特点，ＣＮＣ控制部分与伺服驱动器之间采 用了新开发的５Ｏ Ｍｂｐｓ高速数据传送串行总线，两者之间只用 ２根光缆相接。采用小型Ｉ／０ 模块控制机床的Ｉ／Ｏ信号，使 电控制部分的电缆减少到以 往的１／３。系统带有高速 ＰＭＣ，基本指令的执行时间为 ０．１／，ｓ，梯形图最大可达２４ ０００ 步。它还具有“在线用屏幕功 能”，使１６ｉ／１８ｉ系列能用做以 太网（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ）的终端。操作 者可以随意从主计算机中调 出加工图形、制造文件、加工 Ｒｌ Ｓ１ＳＰ 参数及程序等，还可以向计算 机传回ＣＮＣ机床的加工状 态，以进行加工管理，提高生 产效率。 缸盖加工中心上可实现 Ｘ、ｙ、Ｚ轴３轴联动。ＦＡＮＵＣ １６ｉ－ＭＢ系统主要由ＣＮＣ主 板、伺服电源单元、伺服放大 器、主轴电源单元、主轴放大 器单元、Ｉ／０单元、ＭＤＩ／ＣＲＴ 图１ 各轴伺服电源与各轴伺服放大器连接框图 单元等组成。 １＿２缸盖加工中心ＦＡＮＵＣ １６ｉ－ＭＢ系统电气控制原理 １．３ ＦＡＮＵＣ在线ＵＰＳ 在ＤＣＩ１１缸盖每台加工中心的数控系统中，分别在主轴放 大器，Ｘ、ｙ轴放大器，Ｚ、Ｂ放大器模块上均连接了一个 ＦＡＮＵＣ专用的在线ＵＰＳ（不间断电源）；共有３个ＢＡＣＫ ＵＰ Ｍ０ＤＵＩ Ｅ储能模块，每个ＢＡＣＫ ＵＰ ＭＯＤＵＩ Ｅ模块由整流器 该加工中心控制系统主要可分为辅助功能系统和伺服控 制系统，前者由ＰＭＣ控制，ＰＭＣ控制的是通过ＪＤ１Ｂ与外置的 Ｉ／Ｏ的ＪＤＩＡ电缆连接通信。执行元件一般为传感器、电磁阀、 普通电机，如冷却液、排屑、工作台的夹紧、松开、ＡＴＣ的旋转 等。后者作为伺服部分，该加工中心共有３个伺服电源模块和 ３个伺服放大器模块。电源模块Ｕ－ＰＵＳ１及伺服放大器模块 和逆变器、电源单元及２个２５ ０００ ｆｆＦ的大功率电容组成；在异 常停电时分别给主轴伺服系统，Ｘ、ｙ轴伺服系统，Ｚ、Ｂ伺服系 统供电。其主要作用是当设备异常停电时，及时保护主轴防止 打刀。 Ｕ－ＳＣＲ１提供主轴的电源及主轴的伺服电机控制。设备运行启 动准备信号ＣＲ－２ＡＰ与主轴电源模块Ｕ－ＰＵＳ１的ＣＸ４相连，给 主轴发出运行准备允许信号。 图１中电源模块Ｕ－ＰＳＵ２为Ｘ、ｙ轴提供电源，伺服放大器 该加工中心上所用的ＦＡＮＵＣ专用在线ＵＰＳ跟一般的 ＵＰＳ相比，其不同主要表现在大功率和快速性上，此ＵＰＳ容量 可达５～１Ｏ ｋＶＡ，２个大电容容量均为２５ ０００ ｆｆＦ，中断转换时 间仅为了’≤１５０ ｆｆｓ。一般计算机上用ＵＰＳ中断转换时间为了 ４ ｍｓ，当发生突然停电时ＵＰＳ检测出停电报警，２个２５ ０００ ｆｆＦ 大功率的电容开始放电工作，快速向伺服系统供电。同时它还 Ｕ－ＳＶＵ１、￣ＳＶＵ２分别控制Ｘ、ｙ轴的伺服电机。当ＮＣ电源 接通，延时继电器ＴＲ－１ＡＰ的触点与电源模块Ｕ－ＰＳＵ２的ＣＸ４ 相连，延时１ Ｓ，保证在ＮＣ启动正常的情况下电源模块 １４０ ｓｎｅ 一ｖｕ Ｆｅｎ× ！ 主坌堑 具备过载或短路及自身电池电压过低的自动保护功能。现只 目的。 ２＿２换刀动作 针对ＵＰＳ与主轴的连接作详细说明，至于其与ｘ、ｙ、ｚ、Ｂ轴的 连接及控制原理跟主轴相似，在此不作说明。ＵＰＳ与主轴的连 接图如图２所示。 该加工中心换刀程序采用集巨指令调用方式，此种方式是 通过参数ＰＲＭ ６０８５来设 置的（设定成Ｐ６即可），当 执行宏程序时，遇到Ｍ０６ 功能代码，自动调用０９０２５ 程序（该加工中心的换刀程 序）。 在换刀时，Ｚ轴必须与 刀盘保持固定的水平位置， 但是该位置又不同于加工 时Ｚ轴参考点位置（因多工 序加工时，主轴存在让刀情 况），该位置称为Ｚ轴的换 Ｒ１・ Ｓ１． Ｔ１． 刀位置即第二参考点位置 （通过参数ＰＲＭ １２４１设 置）。首先，通过宏程序系 统变量保存当前的模态信 息，以便程序返回之用。接 着通过ＰＭＣ程序判断当前 图２ ＵＰＳ与主轴伺服系统连接图 刀号与主轴刀号是否相同， 根据结果判断是否执行换 刀程序。其次，执行换刀动作的具体过程。 ２．３刀具管理系统 传统的刀具调整是通过对刀仪对刀，人工记录刀具数据 （长度、直径等），并将数据贴在刀柄上，人工根据记录的数据通 其工作原理如下：当供电正常时，输入三相交流电压 Ｒ１ＢＭ、Ｓ１ＢＭ、ＴＩＢＭ通过充电电路不断对ＵＰＳ一１ＳＰ模块进行 充电，由２个大功率的电容储能。同时通过ＡＣ／ＤＣ电路将交 流电压转换为直流电压，然后通过逆变器再将直流电压逆变成 交流正弦波电压供给负载。当异常停电时，ＵＰＳ的ＣＸ１６电缆 中的输入点Ｘ１７．１检测到停电报警信号，与此同时ＵＰＳ的 ＵＰＳ一１ＳＰ模块开始工作，由ＵＰＳ的ＳＵＢ ＭＯＤＵＬＥ Ｒ模块中 的ＲＥ１、ＲＥ２、ＴＨ１三相电源提供给备用模块ＵＰＳ一１ＳＰ ＡＣ２００ Ｖ电源，电源模块ＵＰＳ－１ＳＰ通过电缆线Ｓ１ＳＰ、Ｒ１ＳＰ跟 伺服电源模块中的ＣＸＩＡ电缆相连，提供给伺服电源模块 ＡＣ２ＯＯ Ｖ电源。同时ＵＰＳ一１ＳＰ模块中的Ｐ、Ｎ电缆线与２个 ２５ ０００ Ｆ大功率的电容相连，通过整流逆变ＵＰＳ一１ＳＰ模块中 的Ｐ、Ｎ将ＤＣ６００ Ｖ左右的直流电源提供给主轴伺服放大器， 以便供给伺服放大器正常工作。此时ＮＣ程序立即发出让进给 过数控系统操作面板输入刀补。人工输入刀具补偿，效率低， 还有可能出现输入错误，尤其是在加工中心中，刀具作为参与 制造的重要辅助工具，其品种繁多，数量巨大，对刀具能否进行 有效的管理已直接影响到生产效率及制造成本。因而，在刀具 管理方面如何优化并实施一套严格有效的、容易操作的管理规 程及相应的管理系统就变得非常重要。对此，ＤＣＩ１１缸盖的刀 具信息采用了刀具管理系统来实现。它具有友好的人机对话 界面及强大的管理功能，能及时准确地提供刀具及其组件信 息，在最短时间内完成刀具准备，给机床提供正确的刀具，极大 地提高了车间的生产效率。 轴停止的指令，通过程序控制延时１ Ｓ主轴也停止。无论是在 正常供电还是异常停电的情况下，在线ＵＰＳ始终处于工作状 态，真正实现了对负载的无干扰、稳压、稳频以及近似零转换时 间，从而起到了在异常停电情况下保护主轴及防止打刀的 作用。 ３结语 整个缸盖加工工序在４台加工中心上全部完成，在Ｉ）ＣＩ１１大 马力机加设备中零件加工质量是最稳定可靠的。其电主轴及 ＦＡＮＵＣ专用ＵＰＳ不问断电源的应用，有效地提高了加工精度和 生产效率，对今后的设备维护及设计具有广泛而深刻的意义。 ［参考文献］ ２刀库的控制 ２．１刀库的类型 加工中心的刀库有链式、盘式和转塔式等基本类型。与盘 Ｅｌｉ ＦＡＮＵＣ Ｓｅｒｉｅｓ １６ｉ／１６０ｉ／１６０ｉｓ－ＭＢ操作说明书 ［２］ＦＡＮＵＣ Ｓｅｒｉｅｓ １６ｉ—ＭＯＤＥＬ Ｂ参数说明书 式和转塔式刀库相比，链式刀库的特点是存刀量多，扩展性好， 在加工中心上的配置位置灵活，柔性化程度高，结构要复杂。 缸盖加工中心采用的是链式刀库，刀具容量为４０把。除了具 有储存刀具的功能之外，还能根据要求将各工序所用的刀具运 送到换刀位置，然后和主轴上的刀具进行交换，达到换刀的 收稿日期：２０１４—０３—０３ 作者简介：夏超国（１９６８），男，陕西人，实验师，研究方向：数 控技术。 机电信息２０１４年第１２期总第４０２期 １４１
