基于中達(dá)電通自動(dòng)化平臺(tái)的車(chē)銑復(fù)合加工

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3車(chē)銑復(fù)合功能的實(shí)現(xiàn)以及和經(jīng)濟(jì)型CNC車(chē)床的差異
3.1機(jī)械結(jié)構(gòu)的差異
    以車(chē)削為基礎(chǔ)的CNC復(fù)合加工車(chē)床，通常是以普通CNC數(shù)控車(chē)床為基礎(chǔ)，配以一個(gè)多個(gè)工位的刀架和動(dòng)力旋轉(zhuǎn)刀具發(fā)展而成，加工對(duì)象主要是軸類(lèi)、盤(pán)套類(lèi)等回轉(zhuǎn)體零件。除主要進(jìn)行車(chē)削加工外，還可以進(jìn)行部分的銑削、鉆孔和攻絲等加工。為了實(shí)現(xiàn)在一臺(tái)車(chē)床上通過(guò)一次裝夾，便可對(duì)回轉(zhuǎn)體零件進(jìn)行全部或大部分的加工，因此在它車(chē)床的床身上，除了可以安裝一般的車(chē)削刀具外，還要具有能夠安裝上銑刀、鉆頭和絲錐等旋轉(zhuǎn)的輔助動(dòng)力裝置，這點(diǎn)是具有車(chē)、銑復(fù)合功能CNC車(chē)床機(jī)械結(jié)構(gòu)上區(qū)別于經(jīng)濟(jì)型車(chē)床的顯著特征
3.2CNC控制系統(tǒng)的差異
（1）C軸功能。對(duì)于具有車(chē)、銑復(fù)合功能CNC車(chē)床，它控制系統(tǒng)的主軸通道，除了能夠執(zhí)行S代碼主軸的功能，控制機(jī)床主軸變速旋轉(zhuǎn)外，還要能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)床主軸可以精確分度的C軸功能和C與Z軸、C與X軸的聯(lián)動(dòng)功能。具有這樣復(fù)合功能CNC車(chē)床不僅可以像普通數(shù)控車(chē)床那樣能對(duì)回轉(zhuǎn)體零件的內(nèi)外表面（含圓柱面、錐面、曲面等）、端面進(jìn)行車(chē)削加工，還可以利用C-Z軸聯(lián)動(dòng)功能車(chē)螺紋，利用C軸分度功能和X或Z軸上安裝的動(dòng)力旋轉(zhuǎn)刀具進(jìn)行偏離回轉(zhuǎn)體零件中心線的鉆孔和銑削加工，從而大大地?cái)U(kuò)展了數(shù)控車(chē)床復(fù)合加工的能力。
（2）多軸的控制能力。標(biāo)準(zhǔn)的經(jīng)濟(jì)型的CNC車(chē)床通常配置1路主軸通道（伺服主軸或者變頻器主軸）和2路伺服進(jìn)給軸通道（X軸、Z軸），而具有車(chē)、銑復(fù)合功能CNC車(chē)床，還需要增加輔助動(dòng)力裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)鉆孔和銑削加工，因此就需要控制器能夠提供更多的伺服軸通道（如A軸、Y軸）來(lái)控制輔助動(dòng)力裝置，滿足控制的要求，如圖2所示。

4基于中達(dá)電通自動(dòng)化平臺(tái)的車(chē)銑復(fù)合加工解決方案
     綜合上述的分析，我們了解到從經(jīng)濟(jì)型車(chē)床向具有復(fù)合加工能力的CNC車(chē)床的轉(zhuǎn)變是需要在機(jī)床電氣控制架構(gòu)和機(jī)械設(shè)計(jì)兩個(gè)方面同時(shí)入手來(lái)滿足的要求的，對(duì)于后者因?yàn)槊總�(gè)機(jī)床制造商的機(jī)臺(tái)設(shè)計(jì)不盡相同，而利用中達(dá)電通CNC系統(tǒng)的PLC的開(kāi)放性完全可以滿足不同的機(jī)械設(shè)計(jì)需求，本文對(duì)機(jī)械部分不再做討論，主要介紹中達(dá)電通在電氣控制方面能夠提供的整體解決方案。
    機(jī)電自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)制品豐富的中達(dá)電通除能夠提供PUTNC-H4CL-T加強(qiáng)型車(chē)床數(shù)控系統(tǒng)來(lái)滿足具車(chē)、銑復(fù)合功能的CNC車(chē)床的控制要求外，還能夠提供臺(tái)達(dá) ASD系列交流伺服系統(tǒng)、臺(tái)達(dá)VFD-VE系列交流變頻器，CS7主軸專(zhuān)用編碼器等全套工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品來(lái)滿足電氣控制方面的需求，使機(jī)械制造商有能力在現(xiàn)有生產(chǎn)能力的基礎(chǔ)上能夠簡(jiǎn)單、實(shí)用、高效、經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)出具有復(fù)合加工能力的CNC機(jī)床，從而為機(jī)械制造商和最終用戶帶了更大的利益
4.1CNC 控制系統(tǒng)介紹
     基于金屬切削制造業(yè)對(duì)具有復(fù)合加工能力的CNC機(jī)床的市場(chǎng)需求和未來(lái)發(fā)展的技術(shù)趨勢(shì)，中達(dá)電通在2006年底將PUTNC-H4CL-T加強(qiáng)型車(chē)床數(shù)控系統(tǒng)推向市場(chǎng)（圖3）。創(chuàng)新設(shè)計(jì)的PUTNC-H4CL-T加強(qiáng)型車(chē)床數(shù)控系統(tǒng)采用了全新的硬體設(shè)計(jì)架構(gòu)，完全繼承了中達(dá)電通數(shù)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性和操作易用性的特點(diǎn)，使其性能更加出色。
  PUTNC-H4CL-T技術(shù)特點(diǎn)：

                  
    （1）開(kāi)放式的系統(tǒng)架構(gòu)，內(nèi)含嵌入式 PLC。 LCD界面可規(guī)劃 ，能夠滿足不同機(jī)械制造商的客制化需求。

    （2）10.4寸彩色液晶顯示器，視野更大、更清晰。

    （3）分體式操作平臺(tái)，使用更方便，操作更靈活。

    （4）最大控制伺服通道數(shù)：4路伺服軸（X、Z、Y、A）。

    （5）主軸控制通道數(shù)：可以控制1路伺服主軸或變頻主軸，主軸控制具有S主軸功能和C軸任意角度分度功能。

    （6）車(chē)、銑一體機(jī)的設(shè)計(jì)理念，能夠?qū)崿F(xiàn)C與Z軸、C與X軸的聯(lián)動(dòng)功能，可以進(jìn)行螺旋槽銑削，高精度螺紋加工等豐富加工功能。

    （7）配合銑刀、鉆頭和絲錐等旋轉(zhuǎn)的輔助動(dòng)力裝置能夠?qū)崿F(xiàn)剛性攻絲、、X軸向鉆孔、Z軸向鉆孔、偏心剛性攻絲等復(fù)合加工功能。

4.2CNC系統(tǒng)的參數(shù)配置
    使用PUTNC-H4CL-T車(chē)床數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)界面，機(jī)床制造商可以方便的通過(guò)相應(yīng)參數(shù)配置來(lái)實(shí)現(xiàn)主軸機(jī)能和輔助動(dòng)力頭功能，而無(wú)須對(duì)CNC的PLC程序進(jìn)行編輯。從而可以更輕松的構(gòu)建CNC車(chē)床復(fù)合加工所需各項(xiàng)控制機(jī)能，如圖4所示。

4.3CNC車(chē)床復(fù)合加工的NC編程

    對(duì)于PUTNC-H4CL-T車(chē)床數(shù)控系統(tǒng)，系統(tǒng)已經(jīng)開(kāi)發(fā)了專(zhuān)用的NC指令代碼，可以方便的控制主軸分度、輔助動(dòng)力頭旋轉(zhuǎn)、實(shí)現(xiàn)剛性攻絲、、X軸向鉆孔、Z軸向鉆孔、偏心剛性攻絲等復(fù)合加工功能。表1列舉了常用的NC指令代碼。

5臺(tái)達(dá) ASD系列交流伺服系統(tǒng)

    臺(tái)達(dá)ASD-A系列進(jìn)階型交流伺服系統(tǒng)和ASD-B標(biāo)準(zhǔn)型交流伺服系統(tǒng)是臺(tái)達(dá)電子分別于2003年和2005年面向市場(chǎng)推出的2款主流伺服產(chǎn)品，能夠全方位滿足工業(yè)用戶的需求，特別在CNC機(jī)床的應(yīng)用上性能表現(xiàn)更加優(yōu)異。

    臺(tái)達(dá)伺服針對(duì)于CNC機(jī)床領(lǐng)域特點(diǎn)：

    （1）內(nèi)建完整的三種（位置 / 速度 / 轉(zhuǎn)矩 模式）基本控制機(jī)能，可以方便的和上位控制器連接。

    （2）動(dòng)態(tài)響應(yīng)性好，伺服整定時(shí)間1ms、空載狀態(tài)下-3000RPM～3000RPM的加速時(shí)間10ms。

    （3）PDFF（ Pseudo-Derivative Feedback and Feedforward）強(qiáng)健式控制架構(gòu)相應(yīng)更快速、對(duì)外部干擾有更強(qiáng)的抑制補(bǔ)償能力，從而能夠保證車(chē)刀切削瞬間,或者其它外力突然介入時(shí)，伺服定位或定速被影響很少，如圖5所示。

    （4）伺服的自動(dòng)增益調(diào)整功能，能夠自動(dòng)評(píng)估負(fù)載情況并合理設(shè)置伺服增益，從而使伺服調(diào)試更簡(jiǎn)單、更快捷，且伺服定位更精準(zhǔn)，無(wú)超越量和加速度過(guò)沖。

    （5）提供共振抑制功能和低通濾波器功能，能夠有效彌補(bǔ)機(jī)械的不足和缺陷。

    （6）臺(tái)達(dá)ASD-A系列進(jìn)階型交流伺服系統(tǒng)更具有分度定位功能，配合CNC系統(tǒng)PLC的I/O規(guī)劃能夠輕松實(shí)現(xiàn)伺服刀庫(kù)控制，參見(jiàn)圖6。

6臺(tái)達(dá)VFD-VE系列高性能磁束向量控制交流變頻器

    臺(tái)達(dá)VFD-VE系列是2007年為滿足高端市場(chǎng)推出的一款全新產(chǎn)品，其頻率輸出范圍為0～ 600 Hz，而V2H型的輸出更高達(dá)3600Hz，完全能夠滿足CNC機(jī)床高速主軸的控制需求。利用獨(dú)特位置控制功能，配合H4CL-T系統(tǒng)的C軸機(jī)能亦可實(shí)現(xiàn)主軸任意角度分度功能。

    VFD-VE系列交流變頻器特點(diǎn)：

    （1）內(nèi)置V/F，向量控制。轉(zhuǎn)矩控制，以及位置控制功能。

    （2）頻率輸出范圍為0～ 600 Hz，高端機(jī)型的輸出更高達(dá)3600Hz。

    （3）速度控制精度：FOC+PG閉回路控制，可達(dá)+/-0.02%。

    （4）低速力矩：0.5HZ可達(dá)150%。

    （5）可做馬達(dá)參數(shù)和負(fù)載慣量估測(cè)以及高速弱磁曲線估測(cè)功能。

    （6）機(jī)械煞車(chē)控制功能、瞬時(shí)停電時(shí)減速功能。

    （7）馬達(dá)溫度回授保護(hù)（PTC）功能。

7 臺(tái)達(dá)CS7主軸專(zhuān)用編碼器

    CS7主軸專(zhuān)用編碼器特點(diǎn)：

    （1）最高適應(yīng)轉(zhuǎn)速高達(dá)8000RPM，最高相應(yīng)頻率為300kHZ。

    （2）機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠適應(yīng)重負(fù)載工作環(huán)境，耐震動(dòng)，耐高溫。

    （3）航空接頭，防護(hù)等級(jí)為IP65,適用于高油氣環(huán)境。

    （4）模塊化設(shè)計(jì)，多種規(guī)格可選，可靠性高。

8 結(jié)束語(yǔ)

    復(fù)合加工技術(shù)是未來(lái)CNC機(jī)床發(fā)展的重要方向。中達(dá)電通量身定度的整體自動(dòng)化解決方案，對(duì)于機(jī)床制造商而言完全能夠滿足經(jīng)濟(jì)型機(jī)床向具有復(fù)合功能中高端機(jī)床的功能轉(zhuǎn)變。讓機(jī)床制造商能夠?qū)ふ业礁�高的目�?biāo)市場(chǎng)，產(chǎn)品更具有競(jìng)爭(zhēng)力。

    對(duì)于機(jī)床最終用戶而言，應(yīng)用了復(fù)合加工技術(shù)的CNC機(jī)床，結(jié)合中達(dá)電通控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和易用性，生產(chǎn)工藝也將由傳統(tǒng)分散式生產(chǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)橄冗M(jìn)集約式生產(chǎn)方式，產(chǎn)品質(zhì)量和零件的制造周期也將有“質(zhì)”和“量’的飛躍,從而為其創(chuàng)造出更大的效益。顯而易見(jiàn)，由于解決方案集成了單一品牌自動(dòng)化平臺(tái)，使得基于中達(dá)電通CNC機(jī)床的最終用戶容易獲得設(shè)備生命周期總擁有利益TB0（Tota1Benefit 0f 0wnerShip）最大化的經(jīng)濟(jì)技術(shù)特點(diǎn)。