1 引言

立式數(shù)控車床簡稱為數(shù)控立車，其車床主軸垂直于水平面，一個直徑很大的圓形工作臺，用來裝夾工件。這類機床主要用于加工徑向尺寸大、軸向尺寸相對較小的大型復雜零件。本文主要介紹利用中達電通CNC-H4-T數(shù)控系統(tǒng)強大的開放式系統(tǒng)架構(gòu)和臺達伺服快速的定位功能，應用于數(shù)控立車之中，從而更好地滿足市場的需求。

2 技術(shù)要求

2.1數(shù)控立車參數(shù)要求： 加工能力 大旋轉(zhuǎn)外徑?700mm 大切削外徑?600mm 大切削高度 650mm 行程進給 X 軸行程 -350/30mm Z軸行程 700mm X軸快速進給 15m/min Z軸快速進給 15m/min 精度控制 定位精度:0.01mm 重復定位精度:0.008mm

2.2對伺服提出的要求： （1）運動很平穩(wěn)順滑。 （2）往復運動夠快速且精準。 （3）車刀切削瞬間,或者其他外力突然介入,伺服定位或定速被影響很少。

2.3對數(shù)控提出的要求： （1）數(shù)控系統(tǒng)的基本功能要求——G代碼功能，輔助功能——M代碼。工件程序容量要大。 （2）RS232通訊和DNC在線加工。 （3）聯(lián)動軸數(shù)：2個 （4）控制精度：0.001mm （5）操作畫面可以自由規(guī)劃。

2.4對工作臺電機的要求： 采用三相異步交流電機，電機功率是11/14KW,實現(xiàn)兩極變速,高速和低速。點動（走低速）和制動（高速方式下延時5秒鐘后制動，低速方式下延時3秒后制動）；另外需要一個+5V的外掛手輪，實現(xiàn)手動對刀和程序測試功能。 3 系統(tǒng)方案的確定

此機床為小型數(shù)控車床，采用中達CNC-H4-T專用的數(shù)控系統(tǒng)配以兩套ASDA交流伺服驅(qū)動器和馬達，用以控制刀架橫向（X軸）和滑架縱向（Z軸）的快速運動和進給運動，其中Z軸的伺服電機帶有抱閘功能。工作臺電機采用雙速交流電機驅(qū)動，機械變速。

4 方案可行性分析

4.1中達電通CNC-H4-T的主要功能和特點： （1）開放式的系統(tǒng)架構(gòu)，內(nèi)含嵌入式可編程PLC，可配合更多的機械設計。 （2）全功能CNC鍵盤，配合PLC開發(fā)，可自定義按鍵功能。 （3）提供4組+/-10V模擬量接口，其中二路用于控制交流伺服驅(qū)動進給軸。一路控制變頻主軸（或者伺服主軸），一路可選用控制伺服刀塔。 （4）解析度可設定7位數(shù)，響應速度可達1000Kpps。配合編碼器或者光柵檢測，可實現(xiàn)半閉環(huán)/全閉環(huán)控制，控制精度0.001mm。 （5）診斷功能和PLC狀態(tài)顯示。 （6）手搖輪安全測試（防撞機功能）。 （7）離線描圖和加工描圖功能。 （8）除標準G代碼外，提供多種固定切削循環(huán)和復式循環(huán)編程，編程更簡便。 （9）支持更高階的MACRO宏指令，可靈活的設計NC程序。 （10）程序存儲容量256Kbyte,關(guān)機后電池維持。 （11）提供RS232C標準接口，可接個人電腦（PC）實現(xiàn)DNC在線加工功能。 通過比較分析，中達CNC-H4-T數(shù)控系統(tǒng)完全可以滿足作為立床的上位控制要求。

4.2臺達交流伺服的主要特點： （1）具有多種控制模式，可與上位控制器靈活配合，應用廣泛。（2）強健式的控制模式，在負載慣量大范圍的變化時，系統(tǒng)仍然可以保持優(yōu)異的性能。 （3）具有位置P-CURVE和速度S-CURVE平滑功能，且命令來源不論是外部模擬量輸入還是內(nèi)部寄存器設定均有平滑功能。 （4）豐富的軟件功能，方便用戶調(diào)試。通過比較分析，臺達交流伺服系統(tǒng)也完全能夠滿足作為做下位控制器要求。對機械結(jié)構(gòu)、負載慣量、輸出扭矩的分析計算，故選用ASDA1kW＊2臺伺服驅(qū)動器做下位控制器。 5 方案的功能實現(xiàn)

（1）自由規(guī)劃客戶所需求的畫面，給客戶帶來極大的方便。

（2）全功能CNC鍵盤，配合PLC開發(fā)，可自定義按鍵功能 自定義鍵： “D1”鍵定義為主軸低速鍵，控制工作臺低速連續(xù)運行。 “主軸正轉(zhuǎn)”鍵定義為主軸高速鍵，控制工作臺高速連續(xù)運行。 “主軸反轉(zhuǎn)”鍵定義為主軸點動鍵，控制工作臺低速點動運行。 “主軸停止”鍵定義為主軸停止鍵，停止工作臺的運行。 （3）可實現(xiàn)手搖對刀功能，自動模式下，激活程式預測，進行手搖輪安全測試,加工進給速度以手搖輪旋轉(zhuǎn)速度的快慢決定。加工描圖-NC程序執(zhí)行時，激活描圖功能，能夠邊走邊顯示刀具運動軌跡。 （4）系統(tǒng)連接架構(gòu) 提供4組+/-10V模擬量接口，其中二路用于控制交流伺服驅(qū)動進給軸，一路控制變頻主軸（或者伺服主軸）一路可選用控制伺服刀塔。輸入信號點24個，可以連接按鈕，行程開關(guān)，繼電器觸點等傳感信號輸出信號點16個，可以控制繼電器，微型電磁閥等負載。

圖1 系統(tǒng)連接架構(gòu)（5）伺服采用速度控制模式

圖2 伺服速度控制模式架構(gòu)

在大范圍負載慣量變化,系統(tǒng)依然保有性能對命令和干饒有不同的補償控制阻尼剛性優(yōu)良, 低速轉(zhuǎn)矩特性優(yōu)良超越量很小。 （6）機床有下列幾種供電電壓： ?驅(qū)動交流接觸器用的AC110V電壓，照明燈用的AC24V電壓，指示燈用的AC6V電壓，以及主電機制動用的65V-75V-85V制動電源。 ?CNC-H4-T數(shù)控系統(tǒng)的電源及開關(guān)電源GS所需的AC220V由變壓器TC3提供。 ?伺服驅(qū)動器所需的三相AC220V電源，由驅(qū)動變壓器TC2提供。 ?I/O信號的DC24V，使能信號和Z軸抱閘電機的直流24V由開關(guān)電源GS供給。 （7）機臺有以下幾種運動狀態(tài)： ?工作臺主電機M1有連續(xù)和點動兩種工作狀態(tài)。點動運行停止時,無制動過程。連續(xù)運行停止時,有制動過程。 ?工作臺主電機為雙速電機，所以分高、低速兩檔。工作臺連續(xù)運行時有高低速，點動時只有低速。 ?刀架橫向（X軸）運動，由伺服電機M2驅(qū)動，滑架的縱向（Z軸）由伺服電機M3驅(qū)動，為防止滑架受重力作用因慣性而不能停，故電機M3帶抱閘。

圖3 應用中達數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控立車外觀圖

圖4 中達伺服產(chǎn)品電器柜接線圖

（8）Ｉ／Ｏ點規(guī)劃

通過機床的后調(diào)試后，此次立車的整體技術(shù)要求均已實現(xiàn)，無論每個動作還是精度的要求，都達到了客戶所要求的標準。

6 結(jié)束語

臺達的伺服驅(qū)動與CNC車床專用的控制器的結(jié)合，為客戶提供了低成本和全功能的控制方案。隨著中國數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)化驚人的速度向前邁進，中達電通的數(shù)控系統(tǒng)強大的開放式系統(tǒng)架構(gòu)和臺達伺服快速的定位功能，完全能夠為客戶提供更有價值的整合方案。

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