Sl NAMICS数字I1 0数据交换技术在数控机床中应用.pdf

c N c s n a 『 数控专栏 S l NAMI C S数字 I 1 0数据交换技术在数控机床中应用 石满船 杨锦斌 黄桂英 龚 旭 青海一机数控机床有限责任公司， 青海 西宁 8 1 0 0 1 8 摘 要 阐述 了CK 8 0 1 1 F数控 车床双数控 系统 P P U 2 6 0 ． 2之间的数据通讯方法， 通过 P N ／ P N耦合器数据交 换 法、 局域 网数据交换法及 S I NA MI C S数字 I ／ O控制端子数据交换法等数据交换方案的对 比分析 ， 采用了数字 I ／ O控制端子数据交换法 ， 实现了机床双数控系统之间的数据通讯交换。 关键词 8 2 8 D数控系统S I NA MI CS数字 I ／ O数据交换数控机床 中图分类号 T G6 5 9 文献标识码 B Ap p l i c a t i o n o f SI NAMI CS d i g i t a l I ／ O d a t a e x c h a n g e t e c h n o l o g y i n CNC ma c h i n e t o o S HT Ma n c h u a n，YAN G J i n b i n，HU ANG Gu i y i n g ，GONG Xu Q i n g h a i N o ． 1 C N C Ma c h i n e T o o l C o ． ，L t d ． ， X i n i n g 8 1 0 0 1 8 ， C H N Abs t r a c t Th i s a r t i c l e i n t r o d u c e d t h e d a t a c o mmun i c a t i o n me t h o d b e t we e n t he d o ub l e CNC s y s t e m P PU2 6 0． 2 0 t CK8 01 1 F CNC l a t h e，t hr o u g h a c o mpa r a t i v e a na l y s i s o n t h e f o l l o wi n g s c h e me s s uc h a s P N／ PN c o u p l e r d a t a e x c h a n g e me t h o d，a l o c a l a r e a n e t wo r k d a t e e x c h a n g e me t h o d a n d a s we l l a s S I NAMI CS d i g i t a l 1 ／0 c o n t r o l t e r mi n a l d a t a e x c h a n g e me t ho d，a d o p t e d t h e d i g i t a l I ／0 c o n t r o l t e r mi n a l d a t a e x c h a n g e me t h o d， r e a l i z e d t h e d a t a c o mmu n i c a t i o n e x c h a n g e b e t we e n d o u b l e n ume ric c o n t r o l s y s t e m o f t h e ma c h i n e ． Ke y wor ds8 2 8 D CNC S y s t e m ；S I NAMI CS Di g i t a l I ／0 ；Da t a Ex c h a n g e；CNC Ma c h i n e To o l 某公司设计生产的 C K 8 0 1 1 F重型专用数控车床 ， 主要适用于加工铁路长轴类 、 轮毂类等特殊零件。为 改善加工工艺 ， 提高加工精度 ， 提升生产效益 ， 该机床 设计配有两个刀架 ， 两个主轴和两组进给轴 即两个 工。如图 9所示 车灯罩 凹模 工件 ， 工件深约 4 0 0 mm， 为提高刀具 刚度 ， 减小 振动 ， 确保 较高 的加 工表面质 量 ， 拟采用两把直径 2 0 mm 的球刀进 行精加工 ， 刀具 伸出长度分别为 7 0 mm和 1 2 0 mm， 由系统计算 出已 装夹 的短刀具 刀具伸 出长度为 7 0 mm 能加工到 的 不与模型产生碰撞的部位 ， 应用无碰撞边界控制加工 区域 ， 提高加工效率。 具体操作步骤 ①创建两把 2 0 mm球刀 ， 伸出长度分别为 7 0 mm 和 1 2 0 mm。 ②产生无碰撞边界。在 P o w e r m i l l 资源栏 中， 右击 “ 边界 ” 树枝 ， 在弹 出的快捷菜单 中选择“ 定义边界 ” 、 “ 无碰撞边界” ， 打开无碰撞 边界对话框 ， 设置参数 ， 系 统计算出无碰撞边界 ， 如图 9 a 所示。 ③使用短刀具在无碰撞边界内创建三维偏置精加 工刀具路径 ， 如图 9 b所示 。 ④使用长刀具在无碰撞边界外创建三维偏置精加 工刀具路径 ， 如图9 e所示 。 等 ； ￡u IJ 年 弟 朋 5 结语 在曲面数控加工中， 刀具轨迹的优劣直接影响其 加工精度和加工效率 。针对工件 、 机床及刀具特点 ， 基 于 P o w e r mi l l 软件应用残留边界 、 浅滩边界 、 曲面边界 和无碰撞边界 ， 可有效规划加工 区域 ， 提高曲面的加工 精度与加工效率 。 参考文 献 [ 1 ] 朱克忆 ． P o w e r m i l l 数控加工 自动编程经典实例 [ M] ． 北京 机械工业 出版社 ， 2 0 1 1 ． [ 2 ] 高长银． P o w e r m i l l 数控高速加工技术与典型实例[ M] ． 北京 化学工 业出版社 ， 2 0 1 1 ． 第一作者 肖爱武 ， 女 ， 1 9 6 8年 生， 硕 士， 副教授 ， 主要研 究方 向 C A D ／ C A M 技 术 。 编辑李静 收稿 日期 2 0 1 3 0 3 2 5 文章编号 1 3 0 9 4 7 如果您想发表对本文的看法。 请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置。 1 55 数控专栏 c N c s e m _n a r 轴和两个 z轴 ， 机床结构示意图如图 1 所示。 图 1 机床结 构示意 图 机床采用两套 S I N U M E R I K 8 2 8 D P P U 2 6 0 ． 2数控 系统分别控制相对应 的刀架及 轴 、 y轴 ， 两套数控系 统共 同使用一个 1 6 k W 的电源模块 A L M 和接 口模 块 A I M ， 为所有 的进给轴提供直流母线 电压 ； 两组进 给轴分别由两个 2 X1 8 A的功率模块 S 1 2 0进行 控制 ， 各进给轴的编码器分别连接到相对应 的接 口。同时 ， 机床的两个主轴分别使用西 门子 G 1 2 0驱动器控制 3 0 k W 的变频 电动机实现驱 动 ， 两个 主轴 的外置编码器 分别通过相应的编码器接 口模 块 S MC 2 0连接到相应 的 P P U 2 6 0 ． 2 ， 以实现不同的加工需求。具体控制系统 连接如图 2所示 。 M C P h l s 。 8 。 I 1 6 k W I I ． ． ．． ． 00X2饥l『 0 I l霸 I l 8 ll } j 毒 I l 甘 图2 控制系 统连 接 图 该机床工作时， 左边 的数控 系统要优先于右边的 数控系统 ， 也就是说左边的数控系统启动后 ， 右边的数 控系统才能启动 ； 左边的系统正常后 ， 右边的系统才能 正常工作 。同样 ， 左边 的系统正常后 ， 右边的系统才能 正常工作 ， 左边的系统如果处于急停状态 ， 右边的系统 就不能正常工作 ， 而右边的系统处于急停状态时， 却不 能影响左边的系统。 因此 ， 在控制过程 中两个数控 系统之 间必须进行 数据通讯 ， 才能实现 以上要求 。 1 数 据交换方式分析 随着 C A D、 C A M、 C I MS技术 和数控系统 的发展 ， 数控系统之间、 数控 系统与计算机之间通讯方式越来 越多。本机床使用的西门子 S I N U ME R I K 8 2 8 D数控系 统之间的实现通讯或数据交换 的方式 ， 主要有 以下几 种 1 P N ／ P N耦合器数据交换法 P N ／ P N耦合器 P N ／ P N C o u p l e 是两个数 控系统 之 间 通 讯 的 基 本 方 法 之 一 。S 1 N U ME R I K 8 2 8 D P P U 2 6 0 ． 2的 P r o fi n e t 接 口 P N 2通过对 等网线 连接到 P N ／ P N耦 合 器 上， 同样 另外 一 个 S I N U ME R I K 8 2 8 D P P U 2 6 0 ． 2的 P r o fi n e t 接 口 P N 2也通过对 等网线连接 到偶合器 ， 在机床 的两个 S I N U ME R I K 8 2 8 D上设置好 相应的参数 、 I P地址 和接 口后 ， 就 可 以使 用 S 7 2 0 0 P L C中专用的数据块 D a t a B l o c k ， 两个数控系统同时 对专用数据块中的变量和相应的接 口信号进行读写操 作 ， 从而实现数据交换和其他不同功能。 2 局域网数据交换法 局域网是 目前计算机通讯的主要手段之一 。而集 线器 H U B 是局域网中的重要部件之一 ， 它是网络连 接的连接点。S I N U ME R I K 8 2 8 D自带有 P r o fi n e t 接 口， 为组建局域网提供 了有利条件。同样 的道理 ， 在两个 数控系统之间使用集线器 HU B 组建 一个小型局域 网， 将两个 P P U 2 6 0 ． 2的 P r o fi n e t 接 口 P N 2通过对等 网 线连接到 HU B上 ， 在机床 的两个 S I N U ME R I K 8 2 8 D上 设置好相应的 I P地址和接 口后 ， 进行数据交换 ， 实现 不同的功能。 3 S i n a mi c s数字 I ／ O控制端子数据交换法 S I N U ME R I K 8 2 8 D数控系统 除了具 有 P r o fi n e t 接 口以外 ， 还有 S i n a mi c s数字 I ／ 0接 口和 N C K数字 I ／ 0 接 口等接 口。使用 S i n a m i c s数字 I ／ O接 口的功能 ， 也 可实现数控系统之 间的数据通讯 。S i n a mi c s数字 I ／ O 接 口的控制端子 X1 2 2和 X 1 3 2经拓扑识别后 ， 每一个 端子的脚号具备相应 的功能 ， 同时这些功能可通过参 数进行重新设置 ， 以获得其他相应的功能。 前两种方案都需要使用较高成本的硬件 ， 并且参 数设置较为繁琐 ， I P地址容 易混淆 ， 在实 际中较 少使 用 。第三种方案 ， 硬件连接简单 ， S i n a mi c s数字 I ／ O接 口的功能经拓扑识别后 可 自动分配 ， 不需要设置其他 参数 ； 另外 ， 在调试或实际使用中方便简洁。 结合数控机床实际使用情况 ， 决定使用第三种方 案S i n a mi c s 数字 I ／ 0控制端子数据交换法。 2 S i n a mi c s 数 字 I ／ o 数据 交换 法的应 用 S i n a mi c s数 字 I ／ 0 分 别 是 控 制 端 子 X1 2 2 和 X 1 3 2 ， 这 两 个 控 制 端 子 都 是 通 过 1 4 芯 插 头 与 P P U2 6 0 ． 2 连接 ， 每个控制端 子的每个脚都有不 同功 等aT- 00 表 1 控制端子 X1 2 2 S i n a mi c s I ／ O 的分配功能 c N c s e m ．n a r 数控专栏 端 子 功能 端子定义 信号源／目标 备注 1 输入 带 D ri v e C l i Q接 口的电源模块 O N ／ OF F 1 A L M c uR 7 2 2 ． o 电源模块 1 7 8 4 o 预设 S E R V O 的 第 二 个 2 输入 O F F 3 一 快速停止功能 C U 1 1 7 2 2 ． 1 预设 O F F 3 ，P 8 4 9 7 引脚 1 、 2、 3、 4、 5、 6的信号地 表 2 控制端子 X1 3 2 S i n a mi c s I ／ o 的分配功能 端子 功能 端子定义 信号源／目标 备注 9 输出 供 电模块 含 D ri v e C L i Q 接 口运行。O F F 1正常 L M R 0 8 6 3 ． 0 C U P 0 7 4 2 预设 1 0 输 出 供电模块 含 Dri v e C L i Q 接 口运行 。E P正常 L M R 0 8 9 9 ． 0 C U P 0 7 4 3 预设 l 1 引脚 9、 1 0的信号地 能 ， 通过系统拓扑识别都会有相应的功能。 1 S i n a m i c s 数字 I ／ O接 口的功能分配 P P U 2 6 0 ． 2数字 I ／ O接 口提供了两个控制端子， 即 端子 X 1 2 2和端子 X1 3 2 。端子 X 1 2 2和端子 X 1 3 2每 个脚的功能， 在系统调试过程中， 经过恢复出厂设置和 自动拓扑识别后 ， 自动分配 了标准功能 ， 不需要进行手 动建立 B I O C连接。当需 要更改时 ， 可修改相应 的参 数进行设置 。端子 X 1 2 2和端 子 X1 3 2的主要脚号功 能如表 1 和表 2所示 。在本文中没有使用 的脚号功能 未在表 中列 出。 2 数据交换功能的连接与调试 左边的 P P U 2 6 0 ． 2系统的具体连接见 图 3所示。 当系统 P L C驱动总线就绪信号 D B 2 7 0 0 ． D B X 2 ． 5为 1 后 ， A L M 电源模块 X 2 1的 3脚接人 2 4 V， 即 E P使能。 间隔1 0 0 ms 后 ， P P U的X1 2 2 ． 1 接 人2 4 V， O N／ O F F1 图3 p p u2 6 o ． 2 系统的连接示意图 UI t r - d弟 朋 使能。O F F 1使能加上后 ， 可 以加 O F F 3使能， 即 P P U 的 X 1 2 2 ． 2接入 2 4 V， 这样 P P U就处于使能状态 ， P P U 的 X1 3 2 ． 9和 X1 3 2 ． 1 0此时输 出 2 4 V， 通过功率继 电 器控制右边 P P U的 O N ／ O F F 1 使能和 O F F 3使能 。 同样的道理， 驱动总线就绪信号 D B 2 7 0 0 ． D B X 2 ． 5 为 1后 ， P P U的 X 1 2 2 ． 1通过功率继 电器 K A 1接人 2 4 V， O N ／ O F F 1 使 能； 之后 ， P P U的 X 1 2 2 ． 2通 过功率继 电器 K A 2接人 2 4 V， O F F 3使能。这些使能加上之后 ， P P U 的 X 1 3 2 ． 9和 X 1 3 2 ．1 0输 出 2 4 V， 作 为左 边 P P 7 2 ／ 4 8 I ／ O的输入信号 ， 当这两个输入信号同时为 1 后 ， 可以给 轴 和 z轴加 脉 冲使 能 和控 制使 能， 即 P L C接 口信 号 D B 3 8 0 x ． D B X 4 0 0 1 ． 71和 D B 3 8 0 x ． DBX2． 11 3 结语 在正确 的硬件连接 的基础上 ， 根据上述的控制时 序设计 P L C程序 ， 并通过以上介绍 的数据通讯方式 ， 实现两个数控系统之 间的数据通讯 ， 即可满足该机床 的工作要求 ， 并且本文介绍的数据通讯方式 ， 可省去一 些成本较高的硬件 ， 有较好的性价比。 数字 I ／ O控制端子数据交换技术在某公司设计的 机床上已成功应用 ， 受到用户好评 。 参考文献 [ 1 ] 郑萍 ． 现代 电气控制技术[ M] ． 重庆 重庆大学出版社 ， 2 0 0 0 ． 第一作者 石满船 ， 男， 1 9 7 6年 生， 工程师， 从 事数 控机床和加工中心电气设计、 研发和应用多年 ， 已发表 论 文 l 0余 篇 。 编辑孙德茂 收 稿日 期 2 0 1 3 0 4 1 7 文章编号 1 3 0 9 4 8 如果 您想发表对本文的 肴法． 请将文章 编号 填入读者意见调查表中 的相应位置。