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江汉大学 物理与信息工程学院 徐天奇 《伺服与运动控制》第5期 供稿
1.特殊工作机械的工作要求 某客户生产的PVC彩带点印机其控制系统采用三菱E60数控系统，其中彩带放卷部分采用变频器+三相电机，定长控制和点印采用2伺服轴控制。该机械的动作要求是： （1）以“放卷速度”为基准速度，“定长控制轴”和“点印轴”做插补运行。要求“定长控制轴运行速度“与“放卷速度”相同。 （2）以下运行参数可以在显示屏上任意设置： （a.）放卷速度；在操作面板上还可以可以随时调节放卷速度； （b）定长长度；（根据产品型号可修改定长长度） （c）点印头个数；（根据产品型号可修改装在点印轴上的点印头个数） 
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2.控制系统的解决方案
针对客户工作机械的要求，经过综合分析E60数控系统的功能决定采用以下解决方案： （1）将“放卷变频器”作为数控系统的模拟主轴。E60数控系统自带一“模拟输出”接口,可以控制变频主轴。这样可以在加工程序中直接发出主轴运行S指令设定变频主轴的转速。E60系统在手动方式下也可以发出S指令。 （2）在程序中发出S指令后，还可以通过操作面板上的旋钮调节主轴速度，调节的精度可以通过PLC程序预先设定。 （3）主轴S指令通过变量进行设置。插补轴的运行速度也通过变量计算。通过变量计算使主轴运行速度与定长控制轴的速度相等。这可以满足工作机械的主要要求。 （4）定长长度，点印头个数也设置为变量。满足客户可以随时修改这些数值的要求。 （5）将所有这些变量计算编制为宏程序。在主程序运行时调用宏程序以满足运行要求。 |
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3.对模拟主轴速度的计算：
（1）主轴S指令 在机械结构中，放卷压轮的驱动链为“变频器---普通三相电机---减速箱---放卷压轮“其中变频器可作为“模拟主轴”，其转速可在加工程序中由S指令发出如下： N10S1000M3 在以上程序段中，S1000就是主轴转速指令，在加工程序中发出该指令后，系统经过计算，（特别是需要计算主轴倍率调节等因素）发出模拟量信号电压给变频器。变频器根据模拟量信号调节频率驱动电机运行。 （2）与主轴运行相关的参数 与主轴运行相关的参数如下： #1039-----是否有主轴 #1024----模拟主轴连接 #1001-----主轴最大转速 参数#1001与模拟量信号有重要关系。其意义是“在模拟信号=10V时的转速”。因此，必须将该参数设置成为主轴电机在50HZ时的额定转速。如果主轴电机在50HZ时的额定转速=1480R/M,则设置#1001=1480； 这样，在写S指令时，写入S1000,就可以获得变频驱动主轴电机=1000R/M。 （3）主轴倍率的影响。 NC系统还提供了主轴速度调节功能。即在设定了S指令后还可以通过外部旋纽调节主轴速度。这需要在PLC程序中处理。主轴倍率寄存器=R148。通过宏程序接口R74将主轴倍率设为#1033，则主轴最终实际速度（#2000） #2000=S指令速度*主轴倍率 #2000=#100*#1033—————（1） （变量定义及设置见5.1表1） 图1.主轴倍率的变量处理 图1.是将主轴倍率的数据通过宏程序接口转变为宏程序变量#1033的PLC程序。这是在进行宏程序计算时必须的变量。 （4）放卷电机压轮实际线速度 #105=k*#2000--------------（2） #105---放卷压轮实际线速度 #2000=实际主轴转速指令 K=(3.14*#102)/#101 #101=主轴减速比 #102=放卷压轮直径 K=(3.14*放卷压轮直径)/减速比 (当机械系统确定后，K是个定值) 在进行主轴压轮线速度计算之前：必须设定 #101=主轴减速比 #102=放卷压轮直径 |
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4.插补轴的合成速度和分量速度
4.1牵引电机的线速度计算 主轴线速度是整条生产线的基准速度，牵引电机轴的速度必须与主轴线速度相等。这是设定插补轴线速度的原则： 图2插补运行各轴速度计算 在如下程序中 N10S#100M3G91G01XA.YBF#115 F----指定的是插补运行的合成速度。合成速度在X和Y轴上的分解速度,如下式所示： A----X轴移动距离 B---Y轴移动距离 F---联动速度 Fx----X轴速度 插补运行的合成速度如下式： 而Fx必须与主轴压轮线速度相等 Fx=K*#2000，则 (4)-----是用变量表示的合成速度计算公式 |
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5变量设置及宏程序编制
5.1变量的设置 在宏程序运行前必须设置下列变量： 序号 变 量 号 变 量 功 能 设置样例 备 注 1 *#100 主轴S 指令 转速 #100=1200 2 #2000 实际主轴转速指令 计算 经主轴倍率调节 3 *#101 主轴减速比 #101=25 4 *#102 主轴压轮直径 #102=100 5 #105 主轴压轮线速度 #105=k * #2000 K=(3.14*#102)/ #101 *#107 齿距 #107= 8 X轴移动距离 *#109 点印头数 #109=6 #110 点印轴Y轴移动距离 计算 *#111 点印轴滚轮直径 #111=120 #1000 2 轴联动速度 带*号的 初始变量必须设置，不能为零。否则会引起计算错误。 5.2 经过对主轴压轮线速度和插补轴相关变量的计算和设置，可以编制变量计算用宏程序如下： 变量计算宏程序：P9100 （#100----主轴转速S指令（设定） #101-----主轴减速比（设定） #102------主轴压轮直径（设定） #2000----主轴实际速度（R/M）（ PLC 传送 NC） #105------主轴放卷轮线速度（计算） #107-----齿距: X轴单节距离 (设定) #109----点印头数 （设定） #111-----点印轴滚轮直径 （设定） #110-----点印轴Y轴移动距离 #1000-----插补轴联动速度） N5 #2000=#100* #1033/100-------主轴实际速度（R/M） N10 #105= (3.14*#102) / #101 * #2000------主轴放卷压轮线速度 N20 #110=(3.14*#111) / #109------------计算点印轴滚轮移动距离 N30 —计算联动速度 N100 S#100 M3 N200 G91 G01 X#107. Y#110 F#115 运行效果： 通过使用变量和编制宏程序，使机床的柔性化加工功能大大增强。即使加工产品品种经常变化，由操作工人通过对变量进行简单设置就可满足要求。经过一年多的试用，效果良好。受到使用方的赞许。 |
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