VMC800加工中心PMC开发与参数调试

1、VMC800加工中心PMC开发与参数调试传统机床的动作一般都是行津电器、接触器等低压电气元件组成的逻辑电路实现控制的.在实际应用中，“继电器逻辑电路”一直存在着一些在以克服的致克点问.这种控制原理不能进行复杂的数据计算和逻辑运算，随着机床功能的不断强大,鲤电器、接触器等器件体枳非常大,机床电柜越做越大.而且母个器件的触点也有限.当面对现代数控技术的高速发展时，数控机床的控制对象越来越多，数据处理越来越大.这些都将影响机床控制的速度和稳定性.PLC技术是在20世纪60年代末发展起来的一项全新的工业控制技术.在自动化控制、工业生产中应用非常广泛.这种控制器因时只是为了解决生产设备在运行中的开关量信

2、号以及逻辑运算、定时计数以及顺序控制等问题,所以乂将这种装置称为“可编程逻辑控制器"PLC(ProeraunableLogicCuntruller),在数控机床行业中,习惯称之为可编程机器控制舞PMC(PnigrtmmableMiichincContruIler)：i，"kPM也是PLC的一种,与PLC不同的是PMC主要针对机床控制,其稿本控制原理也是利用循环扫描的方式实现是号用逻辑处理.也是村不同控制胃号进行逻辑是算，设定不同的运行条件，最终控制的电器线圈的电滁的通厮。1览的优点：程序设计直观、调试与维修方便.一环扫描响应速度快、一号抗千扰能力强.(I)PM接口与地址在啕

3、制P皿程1汽H.所需的四邛炎型的如下图所在:喀甘3苗tl园存期时以器羡Tis1同计保轴可EJII412图3-1PMC模块组成上图实线表示的是与PMC装置与外围执行元件的输人/输出信号,输入上号为X、输出Ci号为Y.：虚线表示的是与PMC装置与CNC系统相关的输入/输出书号着,这类伯号用G、F来表示，一般均在SRAM中传送.这些用号的状态都可以在LCD上显示。（2）地址格式和信号类型地址由如下所示的格式用地址号和位号表示1251：叩.7（一位号。如1地址号（字母后四位数以内）愉入输出地址信号均仃一个字母作为首字母，不同字母代表不同的控制信号.字母后面指定数字为一个字节，小数点后而则定义0-7的数

4、据位，代表I个饰入/输出信号。当在功能指令中指定字节单位的地址时，位号可省略，如X127.地址号中的字母：表3TPVC信号分类字母信号类型信号的说明番注X机床侧一PMC(MT-PMC)例如极限开关、刀位信号、操作按钮第检测元件.PMC装芭接收机床传送过来的检测倍号,作为程序运行执行条件.XOX127（外装1/0模块）YPMC一机床侧(PMC-MT)PMC程序经过处理,输出Y信号,Y信号郭功外围继电器线圄的通断Y0Y127（外装1/0模块）F(SC-PMC)由拧制系统XC输入到PMC的信k将伺服电机和主轴电机的状态以及请求相关机床动作的信号（移动中信”位置检测信号、系统准备完信”等）输入到PMC

5、中进行逻辑运算.以作为机床动作的袋件及自诊断的依据F0F255G(PMC-、C)由PMC侧输出到控制同服电机和主轴电机的系统部分的信号.对系统部分进行控制和信息反馈（如轴互镇信号,M代码执行完毕信号等）GOG255C计数器计数器地址,共80个字节,用于设计计数值的地址.每4个字节组成一个计数器（其中2个字节作为保存预置值.另外2个字节作为保存当前信用）.也就是说共有20个计数器（1到20）.COC79K保持型继电保持型虚拟灌电器.用于PMC辅助摔制.它可以将PMC运行过程中的运尊数据进行记录,当机床断电的情况下.送些数据依然保持.所以K维电器的实际应用相当广泛.KOK19T可变定时器定时器.共

6、80个字节.用于存储设定时间.每2个字节组成一个定时器,共40个.定时器号从1到40.TOT79（3）关于地址的使用在PMC程序中，来nMT侧的X信号和数控系统侧的F信号主要用于串行条件触点估号，不能用于输出线圈。输出线圈主要采用G信号和Y估号，G估号发送给数控系统，Y们号发送给外围继电器线圈.同时定时器T在一个程序中不能重复定义.（4）PMC程序的分级PVC程序由第一级程序和第二级程序两部分组成.在PMC程序执行时，首先执行位于梯形图开头的笫一级程序，然后执行第二级程序1刈。FANUC程序结构分一级程序和二级程序，其处理的优先级别不同。一级程序在每个8ms扫描周期时都先扫描执行，然后8ms当

7、中PMC扫描的剩余时间再扫描二级程序,如果二级程序在一个8ms中不能打描完成，它会被分割成n段来执行，在每个8ms执行中执行完一级程序的扫描后再顺序执行刷余的二级程序。因此,一级程序的长短也决定了二级程序的分隔数，同时也就决定了整个程序循环处理周期。所以一级程序编制尽量短,可以把一些需要快速响应的程序放在一级程序中。（5）PVC的基本指令和功能指令PMC的基本指令有RD、RD.NOT、WRT、WRT.NOT、AND、AND.NOT、OR、OR.NOT、RD.STK、RD.NOT.STK>AND.STK、OR.STK、SET、RST共14个.一般来说，PMC程序的编写主要有两种方法：一是使

8、用助记符语言（即基本功能指令），二是用梯形图符号，栗用梯形图符号编写较为直观,便广系统调试。（6）典型PMC程序设计由于加工中心控制程序庞大、亚杂。本文以VVC800立式加工中心最重要的功能一刀库控制为例,论述加工中心的刀库设计。VMC800立式加工中心的刀阵动作分为：取刀、还刀、换刀三个步骤。刀库功能的设计最最要遵循两个原则：一、刀库动作需要和主轴动作进行协调，避免撞刀：二机床在换刀过程中主轴要准备抓刀，不能掉刀，避免砸伤工件或工作分。本着这两个原则,刀库的设计算法如下图所示.图3-2刀一换刀流程图按照上述算法流程，小套设备采用了PVC程序和宏语句相结合的方式来实现刀库。利用宏语句实现刀库换

9、刀条件的跳转大大避免了换刀错误，缩短了刀库PVC程序编程量，控制方式更简单。刀库宏程序如下:09001N1IF#1000EQ1GOT019N2»199=«4003N3«l98=1006N4IF#1002EQlGOT07N5G21G91G30P2Z0N6G0T08N7G21G91G28Z0N8N9M51M0M52N11G91G28Z0M21E#1001EQ1GOT015N13M53N14G91G30P2Z0N15M54N16M55N17M56N18G#199G#198N19M99程序中#1000、#1002.#1001属于系统变量,在FANUC系统中都有定义.同时,

10、换刀时PMC装置与刀库电机相关联的信号主要行X信号和Y信号。具体位号地址如下表所示：表32刀库控制输入/输出信号地址分配谕入付号地址定义输出信号地址定义X10.1伸出到位Y9.2刀库正转X10.2松刀到位Y9.3刀库反转X10.3缩回到位Y9.7刀库缩回X10.4常刀到位Y9.4刀库伸出X10.5松刀按钮Y9.5松刀输H"CBICM熔电舞I/O机或XT3xwE9JT176UKA13RHZTBXBOO/1A9tKA17bMMDC«ytE4".图3-3刀库输入信号接口电路屯昱八ra3-4刀库输出信号接口电路换刀动作PMC梯形图如下图所示:RC501.710031.3T

11、卜YO3O9.2XCO14.2R£DIMrXCO13.610031.1YO013.7wrr»-R0&01.0MKAA27VTFTO.OCTFtT：LT7BCeWXTXlACTX0013.6Tl-?rj?rROMJIUcxjxrrxsrorRCOOl.O10031.3RO9O1.3-o-LERRCOOl.O10033.3T.C1TOD13.6nrsntjucXOH3.2RCUOO.liUOJl.J-IFrncrc?YUM.dYC01J.42&S.RAXMTV.OCTTtT：RC->01.2TlYujutf.h+TP?toolroixc*rzctrTxRC

12、501.3Y0009.4-4FTFTTOOLwi7TSTTCAI.RC601.4II-roooa.3MKAAZTWZSTOPLAXT图36固定换刀程序控制3.2 数控系统参数设置要使数控机床能正常的运行起来，CNC系统参数设置是一个重要的前提.参数设置不止确，一方而会出现报警导致机床不能运行：另一方面，机床没仃报警，但是加工过程中机床的运行轨迹会出现偏差，导致加工精度的降低，无法实现高精度加工。所以，在这样情况下，系统参数设置就显得尤为重要.（1）参数类型按数据形式参数可分为以下几类:发32参数类型一览次数据类型有效数据范围备注位型0或1位轴型字节型T281270-255部分参数中不区分符号字

13、节轴型字型-3276832767065535部分参数中不区分符号字轴型双字型-99999999、99999999<2)VMC800加工中心主要功能参数调试数控系统是控制机床运动的大脑，系统参数的设置也是闱绕例床的功能进行展开，主要内容有：有关显示、有关倍率、有关控制方式等,是系统运行的关健,设设过程中不仅需要考虑外部的机械结构和电机型号，还需要考虑机床的动作要求,所以参数设置具有非常重要的作用，FANUC数控系统的功能参数主要包含系统参数、进给伺服参数和主轴参数三部分.其中系统参数设置如下表.表3-3数控系统主要参数一览表参数号数值参数说明204存储卡接口328115中文显示200490

14、1位轴型参数2004911位轴型参数206517873/17873/17873过教保护系数2010400.400.400电流环现分增益3003901使所有轴互镇信号无效3003*21使各轴互族信号无效3003P31使不同轴向的互锁信号无效3004951不进行超程信号的检查3105=01辕示实际速度3105021整示实际主轴速度和T代码3106P51显示主触倍率值3108871在当前位置拈示画面和程序桧查画而上显示JOG进冷速度或者空运行速度3701600：带串行主轴：1：不带3708S01检测主轴遑度到达信号3716801中行主轴37171衣示使用连接于1号伺服生动器的主轴电机37204096

15、位置循码器的脉冲数3730995用于主轴速度模拟输出的增益调整的数据3731-14主轴速度模拟输出的偏置电压的补偿量37350主轴电机的被低抑制速度37366000主轴电机最高抑制速度37416000与齿轮1对应的各主轴的最大转速7113100手轮进好倍率8131do1使用手轮进给加工中心进给伺服主要针对X.Y.Z三轴进行设置,设置过程中需要综合考虑对应轴的丝杠螺距和回零方式，其中X轴螺距和Omm、Y轴螺距二10mm、Z轴螺距二12m按照电气控制原理推算,得出以下进给伺服参数（如F表）.表3T进给伺服参数设定表参数含义X轴Y轴Z轴初始化位设定值（2000）000000100(X)0001000

16、000010电机代码（2020）256256256AMR(2001)000000000000000000000000指令信乘比（1820）222柔性齿轮比N（2084）113(NZM)M(2085)200200250方向设定（2022）111-111-111速度反馈脉冲数（2023）819281928192位置反馈脉冲数（2040）125001250012500参考计数器容量（1821）10(X)0KXXX)12000Itl要求主轴实现高转速和高响应性，VVC800加工中心主轴采用的是数字伺服电机,具有较高的快速响应性。主轴电机与主轴1:1连接，设置参数如下表.表34主轴伺服参数表电机初始化位

17、4019P71电机名称4133332主轴最高速度（/分）37726000主轴电机最高速度（/分）402010000主轴编码器线数37204096最佳定位功能40120刚性攻线的电压模式40110第一档主轴最高转速3741611第二档主轴最高转速37421833第三档主轴最高转速37435500主轴换挡功能分析：由主轴的工作杼性知道，很多时候我们需要它在低速时能够提供足够的扭矩，而在高速时能够提供足够的功率.为解决该问题，机械设计时都带有主轴换档机构。通过换档机构,实现机械加工时对主轴的扭矩和功率的要求。如下图所示,主轴档位切换过程中,一般主轴电机的转速是相同的。以VMC800加工中心为例，主轴

18、齿轮箱的机械结构配置为：第一档主轴与主轴电机的传动比为11:108,笫二档主轴与主轴电机的传动比为11:36,第三档主轴与主轴电机的传动比为11:12。主轴电机最高转速要求不高6000r/min,此时参数应设定如下：参数N0.3741（指令电压10V时对应的主轴速度A,低档）设定为6000X11/108=611.参数N0.3742（指令电乐10V时对应的主轴速度B.中档）设定为6000X11/12=1833.参数N0.3743（指令电压10V时对应的主轴速度C,高档）设定为6000X11/12=5500。主轴电机的速度主轴电机的量高铀制速度弁败（、九36）主轴电机的低蜡制地度MUN335）大速

19、度<4(>95w10V)齿轮2尚轮3伊指令,量大转速大转速套效叁敷（NoJ742）CXo3743）A主轴旋转指令齿轮1大转速套数（No3741）图3-7卜:轴三档粒速输出状态图3.3 数控系统参数的优化数控机床加工质量的好坏取决伺服控制系统和机械动态特性，这里主要研究伺服控制系统对加工质里的影响。FAKUC伺服控制系统采用DSP处理技术对速度环、位置环、电流环进行控制.CNC系统通过郭动器调控三相电压（或者电流），在额定电流之间按需分配.伺服系统通过坐标变换，将每相电流转换成施加给转子的扭矩，就可以控制电机的速度.通过检测器检测出相电流，反馈给伺服给定，就构成了速度的闭环控制.转子

20、位国检测信号控制逆变器的触发换相，从而实现闭环的颊率控制.本章内容以SERVOGUIDE系统调试软件为平台，阳烧加工中心主要加工特性进行参数分析和优化。主要研究的项目行：一是抑制机床震动（增益的调整），因为实际加工中,振动是影响机床加工精度的首要因素，本文主要通过观察机床频率响应来调整：二是调整加工精度（系统功能的调整），主要利用FANUC系统的AICC（简易轮睨控制）来实现.最后通过实际加工的零件来验证调试效果.（1）抑制震动的调整FANUCSEVROGUIDE仃个重要的功能,就是能够测量机床频率响应,它的原理其实很简单:通过SEVROGUIDE生成这样的一个程序:G91G94K1G01X1

21、0.0000F120.0000G04X0.17999G01X-10.0000F1200.0000M99这个程序里的指令由不同的频率组成，指令后，机床移动同时编码器反馈，根据反馈的数据得出响应图.频率响应图反映了电机骤动机床工作台移动的状态.机床刚性好.静动摩擦力小，轴的同轴度好电机就能很“轻松”的郭动工作台移动.这样测出来的频率响应图就很好，反之,则很差。根据研究,我们发现频率响应留有以下4个标准：1）响应带宽（也就是幅妆曲线I：OdR区间）要足够宽，主要通过调整伺服位置环增益（PRM1825）,速度环增益（PRM2021）参数来实现，使之越宽越好（如下图所示wwfilYilMomeiJr&#

22、171;4I|rww6用。1曳修射出贰含坳MtI豆1犹”Pt削IG引图3-8理想机床频率响应图2）使用HR泄波器后机床高频共振被抑制.此时高频共振频率处的幅值应低于一10dB.如卜图所示，观察到高频共振点处的频率为280Hz和500IIZ,共振宽度为大约分别为100HZ和120Hz,在SEVROGUIDE参数菜单里找到“浊波罂”,然后打开“消除共振”进行设置.图39滤波器功能抑制共振3)住截止频率(幅频曲线开始下降的地方对应的频率)处的幅值应该低户10dB。如高于10dB,应该降低速度环增益(PRM2021).D用5画胤仔蚂亘回10dB以下时K|T唱后1)&1000Hz附近的幅值应该低

23、于-20曲.a，”qv-2X11C图3101000HZ频率附近的频率响应图-20dB以下响应带宽通过观察频率响应图可以知道机床的删动状态，经过分析，我们主要通过调整伺服位置环增益(PRM1825),速度环增益(PRM2021)和使用HRV滤波器可以使频率响应图达到以上四点要求，从而达到优化电机驱动的目的。同时，通过观察调整过的频率响应图，我们可以知道机床是否震动，一般情况下，如果达到以上四点要求，机床的运行应该是很稳定的，当然，这也不是绝对的，机床的震动还和很多因素有关系.仃的机床平时运行是很平稳的,但执行些特殊的加工程序时也仃可能发生震动.还行一些机床甚至不能进行频率响应测试，这种情况下应该

24、检查一下机械。（2）调整加工精度调整机床加工精度应该从两方面着手:控制系统方面和驱动方面.FANUC数控系统方面使用AIAPC或AICC（AIAPC或AICC包含预读程序段,插补前加减速,自动拐角减速等功能）,驱动方面使用HRV2（HRV2可以使前而讲的频率响应更好），前馈控制，FAD（精细加战速），反向间隙加速功能等.这两方面好比人的大脑和四肢，前者使人的大脑更复杂，运算能力更强.后者使人的四肢更发达，更行力。下面对这两方面的调整进行说明。表36AIAPC相关参数叁数号码单位设定值意义1432inm/minIOOOO各轴在AIAPC模式下最大切削进给速度1620ins100在快移模式中直线型

25、加减速时间常数在快移模式中钟型加微速时间常数T11621ins64在快移模式中钟型加微速时间常数T21730inin/min5150圆弧半径R最大进给速度1731um5000圆弧半径R1732inm/min100依同弧半径作进空速度钳制时最小进给速度1768ms16AIAPC模式下插补后加减速时间常数1770inin/min10000AIAPC模式下插补前加减速最K进空速度1771ms68AIAPC模式下插补前加诚速到达最大进给速度的时间1783mm/tnin500依速度差作拐角微速允许的速度差1785ms112依速度差作进给钳制时的加速时间（到达最大速度（参数1432）的时间）参数号码单位设

26、定值意义1432inm/min10000各轴在AIAPC模式下最大切削进给速度1620ins100在快移模式中直线型加域连时间常数在快移模式中钟型加微速时间常数T11621ins64在快移模式中钟型加派递时间常数T21730inm/min5150圆弧半径R最大进给速度1731uin5000网弧半径R1732mtn/rnin100依阅弧半径作进给速度钳制时最小进给速度1768ins16AIAPC模式下插补后加减速时间常收1770inm/min10000AIAPC模式下插补前如减速最大进给速度1771ms68AIAPC模式下插补前直线型加减速到达最大进给速度的时间1772ins48AIAPC模式下

27、插补前钟型加诚速时间常数1783min/min500依速度差作拐角减建允许的速度差1785ms112依速度差作进给钳制时的加速时间（到达最大速度（参数1432）的时间）178X750各轴速度控制卜加加速收柠制允许的变化城I7K9各轴速度控制F加加速度控制允许的变化向（连续门线插补）一动设定完以匕这些之后，经过研究我们发现，加工的|»瞿卯四方还不能达到要求。可以采用前馈功能和反响间隙加速功能进一步进行调整。1）圆孤的调整前馈功能的调整.观察机床走帆孤的状态，调整以卜参数：参数号设定值内容设置说明?0687000怦通模式下的前馈系数20927(X)0ALXPC/XICC模R下的前微系数使

28、用G05.1Q1褊程时设置H俅系获0%有常必t?100%国371圆弧加工前馈功能使用前后对比国美f反响间隙加速功能的进步调整，通过观察机床走网瓠的状态，根据象限间突起的大小.调整以卜参数.券数号设定值内容设置说明2048100反向间隙加速呈根据象限间卖起”小进行两整图3-12反向间隙功能使用前后对比2）四方的调整关厂拐角减速允许速度差的调整,通过观察机床走四方的状态，根据拐角处的情况,调整以卜参数.参敷号设定值内容设置说明17835(X)拐角减速时容许速度差图312,角减速功能使用前后对比关于切削进给时间常数的调整，当用了1783参数进行调整但拐角的外形误差仍未变好时，加大以下1771或1772插扑前时间参数，拐向处的外形误差将得到改善。表表8加减速时间常数设定*数号设定值内容设置说明16227000普通模式下切削进空插扑用时间常数176S16AUPC7AICC模式卜切削进给抽讣后加诚时间常心使用G05.IQI编程时设苴机床鹿动时适力加大该值