基于GSK218MC数控系统的雕铣机床控制

罗 敏 刘凌云 陈凌云 陈志楚

(湖北汽车工业学院电气工程系，湖北 十堰442002)

1 机床基本情况

EM5060 数控雕铣机床原控制系统为基于PMAC运动控制卡的工控机控制方案。为了能在该机床上实施国产数控系统的性能测试和比对等工作，特此将该机床改造为多系统切换控制的数控雕铣机床。新增2种国产数控系统分别是华中数控系统和广州数控系统，见图1。本文将专门介绍广州数控系统对EM5060雕铣机的控制方案。

2 基于广州数控的EM5060 雕铣机床硬件控制方案

硬件方案采用广数GSK218MC 数控装置，匹配三洋交流伺服搭建半闭环控制系统，配置框图见图2。X、Y、Z三个坐标轴配750 W 三洋伺服电动机，最高转速3000 r/min，增量编码器2000 线/r。3 台进给伺服电动机均经过弹性联轴器与滚珠丝杠相连，丝杠螺距均为5 mm。X、Y轴伺服电动机无抱闸，型号P50B08075HS1J;Z轴伺服电动机带抱闸，型号P50B08075HCS1J;3 台伺服电动机均匹配三洋RS1A03AA 伺服驱动器。主轴速度控制接口使用模拟量10 V 接口，配台达VFD037V43A变频器，所驱动电主轴额定功率3 kW。机床侧输入输出信号全部使用系统本地I/O，其中输入60 点，输出54点。除XS40～XS45 外，手轮接口XS22 和主轴控制接口XS23 中也有部分I/O。

3 进给伺服驱动的连接与设定

GSK218MC 数控系统伺服接口XS30～XS32 分别与三洋伺服驱动器CN1 接口相连，具体连接如图3 所示。该伺服接口信号由三部分信号组成:①从数控系统发给伺服驱动器的“脉冲+方向”位置指令;②数控系统与伺服驱动器间一般输入输出信号，如“伺服报警”、“伺服打开”等信号;③从三洋伺服驱动器反馈给数控系统的编码器1 转脉冲信号。伺服驱动器CN1(11)输出编码器1 转脉冲信号是NPN 型集电极开路输出，但系统接收侧XS30～XS32(3)的输入接口类型是PNP 型，不匹配。故考虑增加1.5 K 上拉电阻，详细接口连接如图4 所示。

伺服驱动器与伺服电动机的连接参见图5，该图给出X轴驱动器的连接，其它轴与之类似。驱动器动力电源采用三相200 V 交流电源，从CNA 之R、S、T 端子接入;驱动器控制电源采用单相200 V 交流电源，从CNA之r、t 端子接入。驱动器CN2 是编码器反馈接口。

伺服硬件连接完成后，需要对伺服驱动和数控系统的相关参数进行匹配设定。三洋伺服驱动器系统参数和一般参数的设定分别见表1 和表2。

广数GSK218MC 参数主要是电子齿轮比的设定。其计算公式如下:

式中:L为丝杠导程，mm;ζ 为系统最小输出单位，mm/脉冲;C为光电编码器分辨率，线数/r;Zm为丝杠端齿轮齿数;ZD为伺服电动机端齿轮齿数。

齿轮比分子:参数P160～P162(X～Z轴)齿轮比分母:参数P165～P167(X～Z轴)

3 个基本轴丝杠导程均为5 mm;系统最小输出单位为0.001 mm/脉冲;光电编码器分辨率2000 线数/r;伺服电动机与丝杠直联，减速比1:1，则

因此参数P160～P162 =8;P165～P167 =5。

表1 三洋伺服驱动器系统参数设定

表2 三洋伺服驱动器一般参数设定

4 主轴驱动的连接及设定

主轴驱动使用10 V 模拟量接口，其连接如图6所示。

(1)数控系统侧主轴参数整定

P246 =12000:主轴1 档最高转速。当系统指令S12000 时，XS23 主轴控制接口输出10 V 模拟电压。

P286 =1:主轴侧齿轮齿数(1 档齿轮)。

P290 =1:位置编码器侧齿轮齿数(1 档齿轮)。

(2)台达变频器参数整定

P00 =01:主频率输入由模拟信号0～10 V 输入(AVI)。

P01 = 01:01:运转指令由外部端子控制，键盘STOP 键有效。

P03 =400:最高操作频率400 Hz。与10 V 模拟电压对应。

5 机床坐标轴零点的建立

参数P6#1 =0:回零模式设定为挡块后。

参数P6#6 =0:回零方式设定为有1 转信号。机床回参考点的过程示意图如图7 所示，包括3 个阶段:

①第一阶段(L1):系统执行机械回零，坐标轴往设定的回零方向移动，距离为L1，速度为参数P100～P102 设定值5000 mm/min，减速时间常数P352(全轴通用)设定值100 ms。

②第二阶段(L2):当回零开关感应到回零挡块时回零减速信号G17.0～G17.2 有效，系统开始减速至参数P342～P344 设定值200 mm/min，加减速时间常数P353(全轴通用)设定值100 ms。

③第三阶段(L3):当感应开关离开回零挡块时，系统马上减速至参数P99 设定值20 mm/min，等待编码器1 转信号(nPC)，收到nPC 信号后系统停止，系统将该点D点作为机械零点，回零完成。

6 结语

采用广州数控系统GSK218MC 实现EM5060 雕铣机床的控制，于2013 年7 月成功投入运行。加之先前已投入运行的PMC 运动控制卡和华中数控系统，至此完成整个多系统切换控制的数控雕铣机改造。现总结如下:

①广数GSK218MC 系统伺服控制接口采用脉冲序列方式，主轴控制接口采用10V 模拟量，均可以方便地与第三方伺服驱动和主轴驱动进行连接和匹配。

②广数GSK218MC 系统不提供远程I/O，只能使用系统本地I/O 模块连接机床接口信号。

③广数GSK218MC 系统支持PLC 梯形图编程，调试非常方便。

④多系统实施切换时，需要对X/Y/Z坐标轴伺服驱动CN1 接口、主轴驱动、手轮、机床强电输入输出回路进行切换。切换均通过接插件实现。

［1］广州数控设备有限公司. GSK218MC 系列加工中心数控系统安装与连接手册［Z］. 2012.

［2］广州数控设备有限公司. GSK218MC 系列加工中心数控系统编程与操作手册［Z］. 2012.

［3］中达电通股份有限公司. VFD-M 使用手册［Z］. 2008.

［4］SANYO DENKI. R 系列伺服驱动器说明书［Z］. 2007.