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福建潯興拉鏈科技股份有限公司于 2006 年向武漢華中數(shù)控系統(tǒng)有限公司購買的 XK731 數(shù)控鏜加工中心，采用華中Ⅰ型 HC－ NC-IHA 數(shù)控系統(tǒng)控制。該系統(tǒng)是由華中數(shù)控系統(tǒng)有限公司研制開發(fā)的基于PC-NC 的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)是在個(gè)人 PC 計(jì)算機(jī)（486 以上）安裝控制軟件，通過并口與數(shù)控控制板相連接，并由控制板向步進(jìn)電機(jī)的脈沖電源發(fā)布方向及脈沖指令來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)鏈完成機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)（圖 1）。隨著使用年代增加，該系統(tǒng)已嚴(yán)重老化，故障率高，原有通信接口出現(xiàn)故障，加上年代久遠(yuǎn)，備件已停止生產(chǎn)，維修困難。為滿足生產(chǎn)需求，決定采用華中世紀(jì)星 HNC-21M 數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行升級改造，即保留原有驅(qū)動(dòng)模塊及電機(jī)，更換新的數(shù)控系統(tǒng)、機(jī)床面板，結(jié)合華中世紀(jì)星 HNC-21M 數(shù)控系統(tǒng)接口信號，編寫新的 PLC 控制程序，重新匹配機(jī)床參數(shù)，將原有舊機(jī)床升級改造成具有現(xiàn)代技術(shù)水平的數(shù)控機(jī)床。

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1 機(jī)床控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

武漢華中世紀(jì)星 HNC-21MD 數(shù)控單元采用先進(jìn)的開放式體系結(jié)構(gòu)，內(nèi)置嵌入式工業(yè) PC，配置 8.4”或 10.4”彩色 TFT（Thin Film Transistor，薄膜晶體管液晶）顯示屏和通用工程面板，集成進(jìn)給軸接口、主軸接口、手持單元接口、內(nèi)嵌式 PLC 接口于一體，采用電子盤程序存儲(chǔ)方式以及 USB，DNC，以太網(wǎng)等程序交換功能。可實(shí)施最大聯(lián)動(dòng)軸數(shù)為 6 軸，并且配置 40 路開關(guān)量輸入和 32 路開關(guān)量輸出，足以滿足該機(jī)床的控制要求。圖0 為升級改造后的機(jī)床控制框圖。

2 機(jī)床PLC 控制控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 PLC 地址定義

在系統(tǒng) PLC 程序中，機(jī)床輸入的開關(guān)量信號定義為 X（即各接口中的 I 信號）；輸出到機(jī)床的開關(guān)量信號定義為 Y（即各接口中的 O 信號）。將各個(gè)接口（HNC-21 本地、遠(yuǎn)程I/O 端子板）中的 I/O（輸入、輸出）開關(guān)量定義為系統(tǒng)程序中的 X，Y 變量，需要通過設(shè)置參數(shù)中的硬件配置參數(shù)和PMC 系統(tǒng)參數(shù)實(shí)現(xiàn)。世紀(jì)星 HNC-21 數(shù)控裝置的輸入輸出開關(guān)量占用硬件配置參數(shù)中的 3 個(gè)部件（一般設(shè)為部件20、部件 21、部件 22），如圖 3 所示。

在 PMC（Production Materials Control，生產(chǎn)物料控制）系統(tǒng)參數(shù)中再給各部件（部件 20、部件 21、部件 22）中的輸入輸出開關(guān)量分配占用的 X，Y 地址，即確定接口中 I/O 信號與 X/Y 的對應(yīng)關(guān)系，從而得到標(biāo)準(zhǔn)加工中心 PLC 程序地址及信號定義（圖 4）。

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圖 2 XK731 機(jī)床設(shè)計(jì)硬件連接框圖

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圖 3 硬件配置參數(shù)中I/O 開關(guān)量的設(shè)置

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圖 4 硬件配置參數(shù)中I/O 開關(guān)量與X/Y 的對應(yīng)設(shè)置

2.1 PLC 程序控制

華中世紀(jì)星數(shù)控系統(tǒng)采用內(nèi)置式 PLC，是一種基于 C 語言的控制系統(tǒng)。C 語言軟件Borland C++3.1 是編輯華中世紀(jì)星數(shù)控 PLC 程序的軟件，但是 Borland C++3.1 是需要在 DOS 的系統(tǒng)環(huán)境下才能運(yùn)行，因此需要在 WINDOWS 系統(tǒng)中安裝一個(gè)DOS 的模擬環(huán)境來運(yùn)行 Borland C++3.1，或者也可以直接用記事本創(chuàng)建后綴為“.CLD”的源文件來進(jìn)行編輯 PLC 程序。華中世紀(jì)星數(shù)控系統(tǒng)提供了一個(gè)虛擬的 DOS 系統(tǒng)。要編寫一個(gè) PLC 程序，首先需要在DOS 的環(huán)境下進(jìn)入數(shù)控軟件的安裝目錄，通過外接鍵盤敲入命令來建立程序，如 C:\ HCNC2000\PLC，在

DOS 提示符下寫入如下命令：

C:\ HCNC2000\plc> edit plc_aaaab.cld < 回車 >

這樣就建立了一個(gè)程序，并且該程序可以進(jìn)行編譯運(yùn)行，只是沒有任何功能。如果要編譯該程序，需要在數(shù)控系統(tǒng)的 PLC 目錄下寫入：

C:\ HCNC2000\plc> makeplc plc_aaaab.cld < 回車 > 系統(tǒng)反饋完畢后，DOS 系統(tǒng)會(huì)再次回到程序目錄。 C:\ HCNC2000\plc>

這樣，一個(gè)簡單的 PLC 程序就編寫及編譯完畢，編譯出來的文件是 plc_aaaab.com。接下來，通過改變數(shù)控系統(tǒng)的配置文件，使數(shù)控系統(tǒng)在下一次啟動(dòng)的時(shí)候能夠加載剛才編寫的 PLC 程序。

華中世紀(jì)星數(shù)控系統(tǒng)必須提供初始化函數(shù) int()、高速掃描進(jìn)程函數(shù) plc1()和低速掃描進(jìn)程函數(shù) plc2()。因此，將整個(gè)控制程序分成幾個(gè)模塊。包括初始化 PLC 模塊、高速掃描進(jìn)程模塊、低速掃描進(jìn)程模塊、系統(tǒng)復(fù)位模塊、定向停止模塊和潤滑模塊等。下面以包含初始化函數(shù) int()、高速掃描進(jìn)程函數(shù) plc1()和低速掃描進(jìn)程函數(shù)plc2()及系統(tǒng)復(fù)位程序?yàn)槔f明。

#pragma inline

#include "plc.h"

//#define plc1_time 16

//#define plc2_time 128

void reset(void)//系統(tǒng)復(fù)位函數(shù)

{

int i;//定義臨時(shí)變量

for(i=0;i<4;i++) set_axis_stop(i); //4 個(gè)坐標(biāo)軸停止 handwheel(0,-1,0); //手搖停止 spdl_ctrl=spdl_stat=0; //主軸停止 if(Spdl_Dir_Change_Mode! =1) out_dac(Spdl_DA_Mode*(-

32767));

else out_dac(0);

jog_override=10; //點(diǎn)動(dòng)進(jìn)給修調(diào)為 10%

//step_mul=1;

*sys_ext_alm()=0; //清除外部報(bào)警 sv_en=0;

sv_n=1; //系統(tǒng)已執(zhí)行第一次復(fù)位

sv_stag=0; //系統(tǒng)復(fù)位步驟歸 0 if(reset_dwell==0)reset_dwell=40; // 復(fù) 位延時(shí) 1000; spdlcd_eng=0; //主軸沖動(dòng)取消 spdlcd_time=0; //主軸沖動(dòng)時(shí)間清零 spdl_zddwll=0; //主軸制動(dòng)時(shí)間清零 GS_Mark=0; //主軸攻絲狀態(tài)取消 Finding_Axis_Zero=0; //進(jìn)給軸找Z 脈沖狀態(tài)取消 I_O_Test_Timer=0;

if(mode_sel==0) //如果當(dāng)前無工作方式（第一次復(fù)

位）

{

asm cli

mode_sel=MODE_JOG; //定義位點(diǎn)動(dòng)方式 Y[30]&=~0x1f;Y[30]|=4; //點(diǎn)動(dòng)方式按鈕燈輸出

*ch_ctrl(0)|=mode_sel; //通知系統(tǒng)當(dāng)前工作方式 asm sti

}

… … … …

2 HNC-21M 數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)配置及優(yōu)化調(diào)整

系統(tǒng)硬件連接及PLC 調(diào)試完畢后，需針對 XK731 機(jī)床的機(jī)械傳動(dòng)鏈進(jìn)行參數(shù)配置。首先給系統(tǒng)上電，將外部急停信號（本機(jī)床為X2.0）與系統(tǒng)本身 PMC 用戶參數(shù)（X2.3）對應(yīng)起來。各軸電機(jī)參數(shù)設(shè)置，使電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器能夠很好的配合起來，首先是

0，1，2 的 3 個(gè)軸的參數(shù)設(shè)計(jì)（即 X，Y，Z 的 3 個(gè)軸）。下面以 0 軸配置為例示范，1 軸，2 軸同理：修改是否帶反饋的參數(shù)為 46（不帶反饋），修改步進(jìn)電機(jī)拍數(shù)參數(shù)為 4，修改是否是步進(jìn)電機(jī)參數(shù)為 1；在軸參數(shù)設(shè)置中，修改外部脈沖當(dāng)量分子為-6（其中的

負(fù)號為系統(tǒng)軸的移動(dòng)方向正向設(shè)置），修改外部脈沖當(dāng)量分母為

1（圖 5）。兩者的商為坐標(biāo)軸的實(shí)際脈沖當(dāng)量，即每個(gè)位置單位所對應(yīng)的實(shí)際坐標(biāo)軸移動(dòng)的距離或旋轉(zhuǎn)的角度，即系統(tǒng)的電子齒輪比。通過設(shè)置外部脈沖當(dāng)量分子和外部脈沖當(dāng)量分母，可實(shí) 現(xiàn)改變電子齒輪比的目的。也可通過改變電子齒輪比的符號，達(dá) 到改變電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的目的。

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圖 5 機(jī)床參數(shù)配置

本次XK731 數(shù)控鏜加工中心升級改造增加了第 4 軸。第 4 軸采用華中數(shù)控全數(shù)字交流伺服驅(qū)動(dòng)單元HSV-160B+-030。針對華大電機(jī) 110ST-M06020LFB 進(jìn)行控制，則需對交流伺服系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置，進(jìn)入第一層選擇 PA—0，進(jìn)入運(yùn)動(dòng)參數(shù)模式，按上下鍵調(diào)整到PA—34 再按S 鍵進(jìn)入修改參數(shù)為 2003，即可打開擴(kuò)展模式，HSV-160B+-030 共有 24 種擴(kuò)展參數(shù)，按 S 退出調(diào)整到

PA—43（驅(qū)動(dòng)器類型）進(jìn)入修改其參數(shù)值為 1206，用以選用的電機(jī)匹配。重新調(diào)整到 PA—34 并輸入密碼 1230，然后按 M 鍵切換到 EEWP1 方式，按 S 鍵將修改或設(shè)置值保存到伺服驅(qū)動(dòng)器的EEPROM 中去，完成保存后，數(shù)碼管顯示 FINISH,完成驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)置，重新上電完成驅(qū)動(dòng)器設(shè)置（圖 6）。

修改第三軸軸名為 A，先進(jìn)入主菜單界面，同時(shí)按住

ALT+X 進(jìn)入 DOS 界面，輸入 edit para 再回車，然后輸入數(shù)控系統(tǒng)密碼 HIG，進(jìn)入?yún)?shù)索引的坐標(biāo)軸參數(shù)--3 軸進(jìn)行軸名修改為 A，再修改回參考點(diǎn)方式參數(shù)為 3（以規(guī)定的方向壓下參考點(diǎn)開關(guān)后，接收到第一個(gè) Z 脈沖的位置加上參考點(diǎn)偏差即為 A 軸參考點(diǎn)位置），如圖 7 所示；然后返回 DOS 界面，按N 回車退出修改界面，保存修改的參數(shù)，重新上電，完成第 4 軸修改。

3 結(jié)語

再制造技術(shù)就是讓已經(jīng)老化或故障的機(jī)器設(shè)備重新煥發(fā)生命活力的過程。以舊的機(jī)器設(shè)備為毛坯，采用專門的工藝和技術(shù)，在原有制造基礎(chǔ)上進(jìn)行一次新的制造，而且重新制造出來的產(chǎn)品，其性能和質(zhì)量都不亞于原有的產(chǎn)品。原有 XK731 數(shù)控鏜加工中心 1 個(gè)主軸和 3 個(gè)進(jìn)給軸，經(jīng)數(shù)控化升級改造后增加了第 4 軸（配以煙臺生產(chǎn)的旋轉(zhuǎn)工作臺），可以實(shí)現(xiàn)四軸聯(lián)動(dòng)，加工功能增加許多。經(jīng)實(shí)踐證明，無論在在加工精度、控制功能、可靠性等各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。華中世紀(jì)星 HNC-21MD 數(shù)控系統(tǒng)功能齊全，接口信號完整，可以同時(shí)連接步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和交流數(shù)字伺服電機(jī)，使用面寬廣，邏輯保護(hù)及報(bào)警功能完善，具有較大的穩(wěn)定可靠性。

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