GH410型雕铣机床系统控制改造
2016-7-20 来源：北华大学 机械工程学院 工程训练中 作者： 郑文岗 张志义 肖鹏
摘要：文章提出并利用广州数控GSK990MA加工中心对雕铣机床进行控制改造。利用脉冲序列给主轴变频器发送0～10V模拟量信号，可更准确地控制主轴位置且能在面板实时监控；能实现某单轴的软、硬限位，既可以实现使用一个限位行开，也可以使用两个限位行开；最小位移控制单位可以通过参数的改变使精确度达到0.0001mm。
关键词：雕铣机床；数控系统；机床改造；伺服驱动；脉冲系统；变频器
改造的GH410型雕铣机其运动的主要控制系统是基于PMAC运动控制卡的工控控制。其在工业的发展中显然已不能适应现代工业加工复杂的要求，并且该控制系统在实际加工过程中，随着使用次数的增加其稳定性也越来越差。因此为了能使该机床继续使用并且作为教学实 验平台，决定在此机床上加以更稳定的广数GSK990MA铣床加工中心数控系 统。
1、改造后雕铣机的数控系统硬件
本次改造使用的GSK990MA铣床加工中心数控系统装置，采用32位高性能的CPU和超大规模可编程器件FPGA，可编辑的PLC使逻辑控制功能更加灵活强大。数控系统的单元组成部分包括GSK990MA数控系统、附加操作面板、数字交流伺服驱动单元、伺服系统、交流变压器等。本次改装与之相配匹的驱动器为GS200交流伺服驱动器，三个进给轴电机为80SJT交流伺服电动机（其中X、Y轴不带抱闸，Z轴带抱闸），主轴变频器为台达VFD-F，变频器驱动的主轴为额定功率3kW的电机。
2、系统各设备的连接与设定
数控系统与外部各设备的连接如图1所示，其中包括系统与驱动单元的连接、RS232标准串行接口、系统与手脉和手持单元的连接、系统与主轴单元的连接以及电源接口等。
数控系统与驱动单元连接的接口包括XS30（X轴）、XS31（Y轴）、XS32（Z轴）、XS33（第四轴），连接线路图如图2所示，其中XCP+、XCP-、YCP+、YCP-、ZCP+、ZCP-、4CP+、4CP-为代码脉冲信号，XDIR+、XDIR-、YDIR+、YDIR-、ZDIR+、ZDIR-、4DIR+、4DIR-为运动方向信号，两组信号均为差分输出。连接线路图如图2所示。
将各硬件按照要求连接正确以后需要把各驱动器以及数控系统的有关参数进行设置，比如急停与限位、齿轮比调整、反向间隙补偿、机床螺距补偿、机床回零、参考点设置、驱动器单元设置以及主轴正反转的输入输出信号控制等。
3、系统与主轴单元
主轴电机的驱动是通过变频器从数控系统接收到0～10V的模拟量电压后，变频器输出频率控制电动机转速，其中数控系统的输出接口为XS41；主轴与整个数控系统之间是通过变频器调节然后相互通讯，首先我们需要设定变频器参数，其中包括：最高频率设定参数：01-00=60，最高频率为60Hz；最高电压频率设定参数：频率制定来源设定参数：02-00=01，主频由外部AV（输入DC 0～10V）；运转指令来源设定参数：02-01=01，由外部端子输入（STOP有效）；停车方式设定参数：02-02=01，STOP自由停车E、F自由停止；二线/三线式运转控制设定参数：02-05=01，运转/停止、反转/正传；电源启动运转控制设定参数：02-06=01，不可运转；面板显示设定参数：02-09=00，显示驱动器输出电流；散热风扇控制方式设定参数：03-15=00，上电即开。
4、结语
本文采用广州数控990MA系统控制改造GH410型雕铣机，通过对其硬件的改造以及软件参数得的更改，最后对系统的稳定性进行了简单的分析，我们得出以下结论：（1）GSK990伺服控制系统接口利用脉冲序列给主轴变频器发送0～10V模拟量信号，可更准确地控制主轴位置且能在面板实时监控；（2）该系统的限位、零点设置更方便灵活，某单轴既可以实现使用一个限位行开，也可以使用两个限位行开；（3）最小位移控制单位可以通过参数的改变使精确度达到0.0001mm；（4）系统改造安装完成后其加工精度，各方面要求稳定性都能达到实际加工要求且其加工效率远超于原板卡式系统，通过控制系统的改造使加工效率以及加工精度得到大幅度提高。
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