中達自動化方案在外圓磨床上的高效應用
DELTA—中達電通股份有限公司
1 引言
外圓磨床是對胚件外圓進行研磨，并對胚件尺寸精加工、同時通過精加工實現胚件表面光潔度。因此，外圓磨床是加工精度很高的機床。而其加工的工件也相對固定，這就給中達通用型數控系統提供了展現高開放性的很好平臺。
中達通用型數控系統的顯示畫面、內部PLC、I/O點規劃、內部參數規劃都是開放的，可依照需求修改和規劃，能實現對相對固定工件加工數據的直觀輸入，不需修改G代碼程序，使操作者的工作簡單、簡化，提高效率。
2 外圓磨床工作原理
外圓磨床使用兩個伺服軸X、Y。電機帶動夾頭和工件旋轉，同時，砂輪也旋轉，工件和砂輪旋轉軸心是平行于X軸的兩個軸，旋轉方向相反，通過砂輪和工件表面的摩擦加工工件。兩個伺服軸X軸、Y軸的移動，改變工件的直徑和形狀。外圓磨床屬于精度較高的機床，對基臺、絲杠、數控系統、伺服的要求都比較高。傳統外圓磨床是用液壓帶動Y軸運動，這使加工工件受到很大限制。使用數控之后，Y軸的位置和速度的可控性、NC程序的自動修整砂輪，使加工工件的范圍大大增大。
3 基于臺達自動化平臺的數控外圓磨床解決方案
由于使用需求和設計的不同，不同機床的機械和電氣設計也不盡同，中達通用型數控系統的開放性，能最大程度滿足每臺機床的特殊要求。
依托母公司臺達系列齊全的自動化產品，中達能以最經濟、簡便、高效的方式，為機床客戶量制解決方案。采用由中達高開放性PUTNC-H4C-2數控系統、臺達ASDA-B伺服系統、VE系列變頻器組成的數控磨床整體解決方案，能使機床制造商、最終客戶都得到滿意服務與效益最大化。
3.1 PUTNC-H4C-2數控系統的技術特點
臺達PUTNC-H4C-2數控系統如圖1所示。工件定義畫面如圖2——圖5所示。
（1）開放式的系統架構，內含嵌入式PLC，能滿足各類制造商的不同要求。
（2）高清晰LCD液晶顯示，用戶可自行規劃畫面內容。
（3）最多驅動3路伺服軸（X、Y、A）。
（4）配合PLC開發，可自定義按鍵功能，使操作更靈活。
（5）提供標準24點輸入和16點輸出，可選配I/O擴展單元，56點輸入，64點輸出。
圖1 PUTNC-H4C-2數控系統
圖2 工件選擇畫面
圖3 1號工件設置畫面
圖4 2號工件設置畫面
圖5 砂輪修整畫面
3.2 MCM數控參數修改
00012500 ;022 Tool #1 radius compensation
00000006 ;058 X-axis，Backlash compensation，0～255
00000027 ;059 Y-axis，Backlash compensation，0～255
00001500 ;061 X-axis，JOG Feed-rate & power-on G01 speed
00001500 ;062 Y-axis，JOG Feed-rate speed
00000010 ;064 X-axis，Resolution Denominator，(Encoder pulse)
00000004 ;065 X-axis，Resolution Numerator，(Ball-screw pitc
00000010 ;066 Y-axis，Resolution Denominator，(Encoder pulse)
00000004 ;067 Y-axis，Resolution Numerator，(Ball-screw pitc
00003000 ;079 X-axis，G00 Traverse speed limit
00003000 ;080 Y-axis，G00 Traverse speed limit
00000000 ;082 X-axis，Direction of motor rotation，0=CW，1=CCW
00000001 ;083 Y-axis，Direction of motor rotation，0=CW，1=CCW
00006000 ;093 X-axis，Software OT limit，(+) direction
00006000 ;094 Y-axis，Software OT limit，(+) direction
-09999999 ;096 X-axis，Software OT limit，(-) direction
-00342000 ;097 Y-axis，Software OT limit，(-) direction
00000256 ;136 X-axis，Home grid direction during HOME executio
00000256 ;137 Y-axis，Home grid direction during HOME executio
00000004 ;141 X-axis，Denominator，MPG resolution calc.
00000010 ;142 X-axis，Numerator，MPG resolution calc.
00000004 ;143 Y-axis，Denominator，MPG resolution calc.
00000010 ;144 Y-axis，Numerator，MPG resolution calc.
-00000001 ;161 X-axis Pitch Error mode
-00000001 ;162 Y-axis Pitch Error mode
00060000 ;164 X-軸導螺桿螺距誤差補償每段長度設定
00050000 ;165 Y-軸導螺桿螺距誤差補償每段長度設定
00000000 ;167 X-軸 40 段補償量設定-1
-00000002 ;168 X-軸 40 段補償量設定-2
-00000002 ;169 X-軸 40 段補償量設定-3
00000010 ;207 Y-軸 40 段補償量設定-1
00000006 ;208 Y-軸 40 段補償量設定-2
-00000004 ;209 Y-軸 40 段補償量設定-3
-00000008 ;210 Y-軸 40 段補償量設定-4
00000002 ;211 Y-軸 40 段補償量設定-5
-00000001 ;212 Y-軸 40 段補償量設定-6
-00000001 ;213 Y-軸 40 段補償量設定-7
3.3 加工變量定義
3.4 NC程序范例
（1）新砂輪修整程序：新砂輪修整是要把一個新的平砂輪，修整成如圖4所示的砂輪，一側是一個一定半徑、一定弧度的圓弧。這個圓弧的半徑和弧度是根據待加工工件的圓弧的半徑和弧度計算所得，待加工工件如圖4中所示。
o0005
G65 P#460 L3 A#342 B2.
G65 P#464 L31 A12.5 B4200
G65 P#465 L32 A12.5 B4200
G65 P#466 L03 A12.5 B#465
G65 L1 P#461 A0
G00 Y-#460
X-#341
G01 V-2. F#345
N10
G03 U-#466 V#464 R12.5
G02 U#466 V-#464 R12.5
V-16.
V15.960
G65 L2 P#461 A#461 B1
G65 P10 L84 A#461 B250
G01 V-0.01
G03 U-#466 V#464 R12.5
G02 U#466 V-#464 R12.5
V-10.
V10.
G01 V0.005
G03 U-#466 V#464 R12.5
G02 U#466 V-#464 R12.5
V-10.
V10.
M02
（2）工件2加工程序： 因為加工工件的砂輪一側有圓弧型，所以需使用刀具半徑補償的指令G40、G41、G42。需要在MCM參數中做出設定：00012500 ;022 Tool #1 radius compensation（第一組R刀具半徑補正值設定）。
o0002
G65 P#430 L3 A#322 B20.
G65 P#431 L2 A#321 B12.5
G65 P#432 L3 A#431 B#326
G65 L1 P#433 A0
N20
G00 Y-#430
X-#321
G41 X-#431 Y-#430 D1
U-#328 V-#328
G01 V-35. F#331
G03 U#326 V-#326 R#326
G01 V#326
G40 X-#432 Y-#430
G65 L2 P#433 A#433 B1
G65 L84 P20 A#433 B#332
U-#329 V-#329
G01 V-35. F#331
G03 U#326 V-#326 R#326
G01 V#326
G40 X-#432 Y-#430
U-#330 V-#330
G01 V-35. F#331
G03 U#326 V-#326 R#326
G01 V#326
G40 X-#432 Y-#430
M02
4 臺達伺服系統與變頻器
4.1 ASDA-A系列交流伺服系統
ASDA-A系列進階型交流伺服系統和ASDA-B標準型交流伺服系統是臺達電子集團分別于03年和05年推出的2款主流伺服產品，能夠全方位滿足工業用戶的需求，特別在CNC機床的應用上，性能表現更加優異。臺達伺服針對于CNC機床領域特點：
（1）內建完整的三種（位置/速度/轉矩模式）基本控制機能，可以方便的和上位控制器連接。
（2）動態響應性好，伺服整定時間1ms、空載狀態下-3000RPM～3000RPM的加速時間10ms。
（3）PDFF（Pseudo-Derivative Feedback and Feedforward）強健式控制架構相應更快速、對外部干擾有更強的抑制補償能力，從而能夠保證車刀切削瞬間，或其它外力突然介入時，伺服定位或定速被影響很少，如圖5所示。
（4）伺服的自動增益調整功能，能自動評估負載情況并合理設置伺服增益，從而使伺服調試更簡單、更快捷，且伺服定位更精準，無超越量和加速度過沖。
（5）提供共振抑制功能和低通濾波器功能，能有效彌補機械的不足和缺陷。
（6）臺達ASDA-A系列進階型交流伺服系統更具有分度定位功能，配合CNC系統PLC的I/O規劃，能輕松實現伺服刀庫控制。
4.2 臺達VFD-VE系列磁束向量控制交流變頻器
VFD-VE系列是臺達為滿足高端市場于2007年推出的一款全新產品，其頻率輸出范圍為0～600Hz，而V2H型的輸出更高達3333.4Hz，完全能滿足CNC機床高速主軸的控制需求。利用獨特位置控制功能，配合H4CL-T系統的C軸機能亦可實現主軸任意角度分度功能。
VFD-VE系列交流變頻器特點：
（1）內置V/F，向量控制；轉矩控制，以及位置控制功能。
（2）頻率輸出范圍為0～600Hz，高端機型的輸出更高達3333.4Hz。
（3）速度控制精度：FOC+PG閉回路控制，可達+/-0.02%。
（4）低速力矩<
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