基于GSK980TDb系统改造的经济型车铣复合机床动力刀座实现系统调速控制

2018-07-20赵巍

制造技术与机床 2018年6期

赵巍

(沈阳机床沈一车床厂技术部，辽宁沈阳110142)

广州数控生产的GSK 980TDb车床数控系统为经济型数控系统，可进行X、Y、Z三轴控制，性价比很高。其Y轴可由系统参数定义为C轴，通过GSK 980TDb内嵌PLC可对机床主轴的工作方式进行切换(S轴或C轴);适配GSK DAP03主轴伺服驱动单元及ZJY系列主轴伺服电动机实现主轴转速控制及位置控制(主轴连续精确分度)。但此型号数控系统只有一路0～+10 V的模拟电压输出，不能同时对主轴及动力刀座进行控制。

1 解决方案

只要能解决动力刀座的转速控制问题，才能实现使用GSK980TDb系统的车床改造成车铣复合机床。高性能的车削中心中的动力刀座是由数控系统发指令给伺服放大器对伺服电动机进行转速控制的，为了降低生产成本，在改造过程中，选用变频器加三相异步电动机对动力刀座进行转速控制，如果能获得第二路0～+10 V的模拟电压输出就可以解决动力刀座的转速控制问题。

随着数字技术，特别是计算机技术的飞速发展与普及，在现代控制、通信及检测领域中，对信号的处理广泛采用了数字计算机技术。由于系统的实际处理对象往往都是一些模拟量(如温度、压力、位移、图像等)，要使计算机或数字仪表能识别和处理这些信号，必须首先将这些模拟信号转换成数字信号;而经计算机分析、处理后输出的数字量往往也需要将其转换成为相应的模拟信号才能为执行机构所接收。这样，就需要一种能在模拟信号与数字信号之间起桥梁作用的电路——模数转换电路和数模转换电路。

能将模拟信号转换成数字信号的电路，称为模数转换器(简称A/D转换器);而将能把数字信号转换成模拟信号的电路称为数模转换器(简称D/A转换器)。A/D转换器和D/A转换器已经成为计算机系统中不可缺少的接口电路。

通过D/A转换器不难获得0～+10 V的模拟电压。D/A转换器输入的数字量是由二进制编码按数位组合起来表示的，数控系统只要将指令转速转换成二进制编码并输出给D/A转换器，就可以获得0～+10 V的模拟电压。要实现以上控制，必须考虑以下3个问题:

1.1 如何指令动力刀座速度?

在GSK 980TDb数控系统中，指令速度的指令字“S”已用于指令主轴速度，其他的指令字均不能用于指定速度。GSK 980TDb提供了类似于高级语言的用户宏编码，用户宏编码可以实现变量赋值、算术运算、逻辑判断及条件转移等控制;变量用符号“#”+变量号来指定，如100号宏变量:#100;可直接用“=”号来给变量赋值，如用100号宏变量来指定动力刀座的转速为500r/min:#100=500，直观方便。

1.2 如何将指令转速转换为二进制数据编码?

根据D/A转换器的工作原理“D/A转换器由电阻阵列和n个电压开关构成，按二进制数字输入值切换开关，产生比例于输入数值的电压，按数字输入值切换开关，产生比例于输入的电流(或电压)。数字量是用代码按数位组合起来表示的，对于有权码，每位代码都有一定的权。为了将数字量转换成模拟量，必须将每1位的代码按其权的大小转换成相应的模拟量，然后将这些模拟量相加，即可得到与数字量成正比的总模拟量，从而实现了数字—模拟转换。这就是构成D/A转换器的基本思路”可知，只要我们将动力刀座要求的调速范围(0至最高转速)平均分为255段(选用8位D/A转换器时)，算出每段的转速值，再用指令转速除以每段转速值，然后四舍五入取整，就可以将指令转速转换成D/A转换器所需的二进制数值。

图1所示是D/A转换器的输入、输出关系框图，D0～Dn－1是输入的n位二进制数，vo是与输入二进制数成比例的输出电压。

图2所示是一个输入为3位二进制数时D/A转换器的转换特性，它具体而形象地反映了D/A转换器的基本功能。

1.3 如何将此二进制数据编码输出至D/A转换器?

在GSK980TDb数控系统中，1132号宏变量数据对应数控系统F54、F55两字节的信号状态，且F54、F55两字节的信号可被PLC读取，这样，我们把宏程序的运算结果送到1132号宏变量中，再由PLC读取1132号宏变量中的数据，处理后通过数控系统的I/O接口输出八位二进制数据编码至D/A转换器，就可以获得控制变频器调速所需的0～+10 V的模拟电压。