数控机床主轴控制和数控机床编程及加工

数控机床主轴控制就电气控制而言，机床主轴的控制是有别于机床伺服轴的。一般情况下，机床主轴的控制系统为速度控制系统，而机床伺服轴的控制系统为位置控制系统。换句话说，主轴编码器一般情况下不是用于位置反馈的（也不是用于速度反馈的），而仅作为速度测量元件使用，从主轴编码器上所获取的数据，一般有两个用途，其一是用于主轴转速显示；其二是用于主轴与伺服轴配合运行的场合（如螺纹切削加工，恒线速加工，G95转进给等）。注：当机床主轴驱动单元使用了带速度反馈的驱动装置以及标准主轴电机时，主轴可以根据需要工作在伺服状态。此时，主轴编码器作为位置反馈元件使用。

机床主轴，一般用于给机床加工提供动力，通常主轴驱动被加工工件旋转的是车削加工，所对应的机床是车床类；主轴驱动切削工件旋转的是铣削加工，所对应的机床是铣床类。主轴电机通常有普通电机与标准主轴电机两种（与之对应的驱动装置也分为开环与闭环两种）。主轴驱动装置，有普通变频器和闭环主轴驱动装置等，普通变频器的生产厂家很多，目前市场上流行的有德国西门子公司、日本三肯、安川等。闭环主轴驱动装置一般由各数控公司自行研制并生产，如西门子公司的611系列，日本发那克公司的α系列等。1)变频器的电气控制原理图2)MM420变频器电源及电机强电接线端子排列如下图所示：3)变频器接线方框图

4)变频器与611U伺服驱动的连接图

引脚说明引脚说明1P电源正9P电源正2M电源地10R3A11M电源地4*A12*R5空13空6B14空7*B15空8空4)X471主轴编码器接口说明6)伺服主轴的电气控制原理图1)配置主轴2)主轴使能控制4）主轴点动1）与变频主轴相关机床数据的设定数据号数据名值数据说明13060DRIVETELEGRAMTYPE[0]0总线地址12的报文类型13060DRIVETELEGRAMTYPE[4]0总线地址10的报文类型13070DRIVEFUNCTIONMASK[0]8000总线地址12的功能选项：模拟主轴30134ISUNIPOLAROUTPUT[0,AX3]0双极性模拟量（出厂设定）1单极性模拟量（使能&方向）2单极性模拟量（+使能&-使能）30110CTRLOUTMODULENR[0,AX3]1给定值模块号30120CTRLOUTNR[0,AX3]2给定值号信号端口30130CTRLOUTTYPE[0]0给定值输出类型30200NUMENCS1编码器数量30220ENCMODULENR[0,AX3]1编码器模块号30230ENCINPUTNR[0,AX3]2编码器信号端口号数据号数据名值数据说明30240ENCTYPE[0]2编码器类型31020ENCRESOL[0,AX3]实际值TTL编码器每转脉冲数32023MAXAXVELO最大轴速度32023JOGVELORAPID点动方式快速速度32250RATEDOUTVAL[0,AX3]100额定输出值（%）*32260RATEDVELO[4]实际值额定电机转速(对应模拟电压)*36200AXVELOLIMIT[0]...[5]速度监控的门限值35110GEARSTEPMAXVELO[0]...[5]主轴各档最高转速35130GEARSTEPMAXVELOLIMIT[0]...[5]主轴各档最高转速限制2）与变频主轴相关伺服驱动器的数据设置利用准备好的“驱动器调试电缆”将计算机与611UE的X471连接起来；从WINDOWS的“开始”中找到驱动器调试工具SimoComU，并启动；选择联机方式；进入专家表（Ctrl+E），配置电机参数：P890=4编码器信号源来自X472接口P922=104主轴信号的PROFIBUS报文类型P1007=编码器线数外装编码器每的转脉冲数。应与主轴参数MD31020相同。在SimoComU的主画面上选择图标存储数据，选择图标上电复位P922=0主轴信号的PROFIBUS报文类型P890=4编码器信号源来自X472接口P915[8]=50103总线给定值配置：模拟输出送到X441的端子75.A和15注意：参数的索引号[8]、[9]需要用鼠标右键激活显示滤波器：在SimoComU的主画面上选择图标存储数据，选择图标上电复位P922=0主轴信号的PROFIBUS报文类型，然后再SimoComU的上设定模拟输出和数字量输出，见下图：3)与伺服主轴相关的机床数据数据号数据名值数据说明13060DRIVETELEGRAMTYPE[4]0报文类型(总线地址10)30110CTRLOUTMODULENR[0,AX3]5给定值模块号30120CTRLOUTNR[0,AX3]2给定值号信号端口30130CTRLOUTTYPE[0]0给定值输出类型30200NUMENCS1编码器数量30220ENCMODULENR[0,AX3]5编码器模块号30230ENCINPUTNR[0,AX3]2编码器信号端口号数据号数据名值数据说明30240ENCTYPE[0]2编码器类型31020ENCRESOL[0,AX3]实际值TTL编码器每转脉冲数32023MAXAXVELO最大轴速度32023JOGVELORAPID点动方式快速速度32110ENCFEEDBACKPOL[0,AX3]1,-1主轴反馈极性36200AXVELOLIMIT[0]...[5]速度监控的门限值35000SPINDASSIGNTOMACHAX1定义机床轴为主轴35110GEARSTEPMAXVELO[0]...[5]主轴各档最高转速35130GEARSTEPMAXVELOLIMIT[0]...[5]主轴各档最高转速限制4）与伺服主轴相关伺服驱动器的数据设置利用准备好的“驱动器调试电缆”将计算机与611UE的X471连接起来；从WINDOWS的“开始”中找到驱动器调试工具SimoComU，并启动；选择联机方式；配置好电机,进入专家表（Ctrl+E），配置电机参数：P922=104主轴信号的PROFIBUS报文类型P1007=编码器线数外装编码器每的转脉冲数。应与主轴参数MD31020相同。在SimoComU的主画面上选择图标存储数据，选择图标上电复位机械工程实验教学中心数控机床编程及加工机械工程实验教学中心实验目的通过数控机床的加工程序编制，掌握编程的方法及技巧；将在计算机上用OpenSoftCNC软件模拟显示加工过程校验程序，然后在数控机床上对工件进行加工；结合机械加工工艺，实现最优化编程，提高加工质量和生产效率。机械工程实验教学中心数控编程的基本原理数控编程的目的；数控编程的内容；编程步骤。机械工程实验教学中心数控编程的基本原理所谓编程，就是把零件的图形尺寸、工艺过程、工艺参数、机床的运动以及刀具位移等内容，按照数控机床的编程格式和能识别的语言记录在程序单上的全过程。这样编制的程序还必须按规定把程序单制备成控制介质如程序纸带、磁带等，变成数控系统能读懂的信息，再送入数控机床，数控机床的CNC装置对程序经过处理之后，向机床各坐标的伺服系统发出指令信息，驱动机床完成相应的运动。数控编程的目的机械工程实验教学中心数控编程的基本原理①分析零件图纸，确定加工工艺过程；②计算走刀轨迹，得出刀位数据；③编写零件加工程序；④制作控制介质；⑤校对程序及首件试加工。数控编程的内容机械工程实验教学中心数控编程的基本原理数控编程的步骤零件图纸分析零件图纸制定工艺规程数学处理编写程序文件制作控制介质程序校验及试切数控机床机械工程实验教学中心OpenSoftCNC软件介绍OpenSoftCNC软件包括数控车床模拟仿真和数控铣床模拟仿真系统，由软件+标准硬件系统构成，不要求专用硬件或运动控制卡，所有数控功能和逻辑控制功能均由软件完成，操作界面由系统操作和机床控制两大部分组成。机械工程实验教学中心OpenSoftCNC软件介绍为例，软件提供下列指令：以数控车床模拟仿真系统（OpenSoftCNC01T）组别指令功能编程格式模态

1G00快速线性移动G00X(U)_Z(W)_√G01直线插补G01X(U)_Z(W)_√G02顺时针圆弧插补G02I_K_X(U)_Z(W)_√G03逆时针圆弧插补G03I_K_X(U)_Z(W)_√G32恒螺距公制螺纹插补G32X(U)_Z(W)_K_I_H√G33恒螺距英制螺纹插补G33X(U)_Z(W)_K_I_H√G27X轴返回程序零点G27

G28Z轴返回程序零点G28

G92定义绝对坐标系G92X_Z_√2G04延时G04E_

3M00暂停M00

M02程序结束M02

4M03主轴正转M03√M04主轴反转M04√M05主轴停M05√5M08开冷却液M08√M09关冷却液M09√

6M97程序跳转M97P_

M98子程序调用M98P_L_

M99子程序返回M99

7M20自定义开关1有效M20√M21自定义开关1无效M21√8M22自定义开关2有效M22√M23自定义开关2无效M23√9S主轴转速控制S00～S07；S0000～S9999√10T指定刀具T00～T05√11F指定速度F12～F4000√机械工程实验教学中心OpenSoftCNC软件介绍在程序管理界面下，可进行有关数控加工程序文件的各种操作，如读入程序、编辑修改及查错编译等。每一个工件程序由若干个程序段组成；每一个程序段完成一个加工步骤；每一个程序指令有程序段号和若干个指令代码组成，指令代码在程序段中的位置可以是任意的，同组指令在同一程序段中不能重复使用；最后一个程序段由指令代码M02作为程序结束标志。机械工程实验教学中心OpenSoftCNC软件介绍

在运行加工程序之前，必须通过参数设置对机床和刀具进行调整，使其与加工要求相符，这样才能正确地进行加工或模拟加工。OpenSoftCNC软件系统的参数主要有以下内容：①基本设置设置可修改的基本参数。②刀具设置设置刀具编号、类型和刀具补偿等参数。③轴参设置设置和查看坐标轴参数。④工件坐标设置设置G54—G59等工件坐标系的原点坐标。⑤