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    摘要：本文主要介紹了臺(tái)達(dá)自動(dòng)化產(chǎn)品在雙柱式立式車床電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)中的完美整合應(yīng)用。著重介紹了臺(tái)達(dá)DVP-20PM系列運(yùn)動(dòng)控制器卓越的運(yùn)動(dòng)控制性能和良好的性價(jià)比，同時(shí)也說(shuō)明臺(tái)達(dá)自動(dòng)化產(chǎn)品理應(yīng)成為眾多機(jī)床行業(yè)OEM客戶系統(tǒng)集成應(yīng)用的首選品牌。

   關(guān)鍵詞：運(yùn)動(dòng)控制器 立式車床 電氣

   1.前言

   立式車床，顧名思義，就是主軸豎直布置，工作臺(tái)在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，刀架作垂直或斜向進(jìn)給的車床，屬于切削加工工藝設(shè)備中的金屬切削機(jī)床。 

   立式車床一般可分為單柱式和雙柱式。小型立式車床一般做成單柱式，大型立式車床做成雙柱式。立式車床結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是：主軸處于垂直位置，工作臺(tái)在水平面內(nèi)，工件的安裝調(diào)整比較方便。工作臺(tái)由導(dǎo)軌支撐，剛性好，切削平穩(wěn)。有幾個(gè)刀架，并能快速換刀，立式車床的加工精度可達(dá)到IT9-IT8，表面粗糙度Ra可達(dá)3.2-1.6um。

   2.方案

   立式車床屬于大型機(jī)械設(shè)備，用于加工徑向尺寸大而軸向尺寸相對(duì)較小，形狀復(fù)雜的大型和重型工件。如各種盤(pán)、輪和套類工件的圓柱面、端面、圓錐面、圓柱孔、圓錐孔等。也可借助附加裝置進(jìn)行車螺紋、車球面、仿形、銑削或磨削等加工。立式車床主軸軸線為垂直布局，工作臺(tái)臺(tái)面處于水平平面內(nèi)，因此工件的夾裝與找正比較方便。這種布局還可減輕主軸及軸承的荷載，因此立式車床能夠較長(zhǎng)期地保持工作精度。

   通常情況下，設(shè)備制造商和設(shè)備使用終端客戶認(rèn)同并且指定數(shù)控系統(tǒng)作為立式車床主控設(shè)備。但是雙柱式立式車床的機(jī)床工藝動(dòng)作不像數(shù)控車床、數(shù)控銑床或者數(shù)控加工中心等設(shè)備那么復(fù)雜，相對(duì)比較簡(jiǎn)單，使用數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用于此顯得大材小用，系統(tǒng)軟件資源嚴(yán)重浪費(fèi)，集成應(yīng)用數(shù)控系統(tǒng)對(duì)機(jī)床制造OEM客戶來(lái)說(shuō)，經(jīng)濟(jì)成本較高，適合高端客戶；那么對(duì)于中低端客戶來(lái)說(shuō)，應(yīng)用具有運(yùn)動(dòng)控制功能的PLC成為一種成熟可靠的技術(shù)解決方案。

本文中的雙柱式立式車床采用臺(tái)達(dá)運(yùn)動(dòng)控制器DVP-20PM作為主控制器，DVP-20PM內(nèi)建雙軸AB相差分形式高速脈沖輸出，最高頻率可達(dá)500kHz，而且具有二軸直線和圓弧插補(bǔ)功能，支持二軸手搖輪MPG信號(hào)輸入，支持通用數(shù)控系統(tǒng)編程語(yǔ)言G代碼、M代碼。

   2.1臺(tái)達(dá)控制系統(tǒng)技術(shù)方案配置

   臺(tái)達(dá)控制系統(tǒng)技術(shù)方案配置見(jiàn)表1，我們?cè)诖颂巸H僅羅列出雙柱式立式車床電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)部分的主要電氣元件及其選配件，此外還包括低壓電器（低壓斷路器、交流接觸器、中間繼電器、主令按鈕、指示燈等）、位置傳感器（光電傳感器、行程開(kāi)關(guān)等），此處不予贅述。

                                  表1 控制系統(tǒng)技術(shù)方案配置表：
         
               

   2.2電氣自動(dòng)控制技術(shù)方案詳細(xì)介紹

   雙柱式立式車床具有豎直安裝的兩個(gè)刀架，主軸在運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，每個(gè)刀架上的刀具都能對(duì)工件進(jìn)行切削加工。每個(gè)刀架包含二軸運(yùn)動(dòng)控制，左刀架X軸、Z軸，右刀架U軸、W軸，由于Z軸和W軸為垂直安裝，要求伺服電機(jī)具有抱閘功能，防止軸向運(yùn)動(dòng)停止時(shí)，負(fù)載受重力作用，導(dǎo)致伺服電機(jī)報(bào)警或者溜車。左右刀架上的二軸運(yùn)動(dòng)分別各由一臺(tái)DVP20PM00D負(fù)責(zé)控制；主軸電機(jī)為直流調(diào)速系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速由PLC模擬量擴(kuò)展單元DVP-06XA-H2輸出0-10V控制；PLC主機(jī)DVP64EH00R2以及其他數(shù)字量擴(kuò)展單元主要負(fù)責(zé)機(jī)床輔助機(jī)構(gòu)工藝動(dòng)作邏輯控制。值得注意的是，在這個(gè)方案中，兩臺(tái)DVP20PM00D均作為主機(jī)DVP64EH00R2的擴(kuò)展單元，和主機(jī)連接采用排線直接連接，其他的數(shù)字量擴(kuò)展單元和模擬量擴(kuò)展單元也作為主機(jī)的擴(kuò)展單元，直接采用排線按照順序連接。限于篇幅，控制系統(tǒng)簡(jiǎn)圖未繪制出數(shù)字量和模擬量擴(kuò)展單元連接方式。
  
                               
                                   
                                      圖2 臺(tái)達(dá)電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)方案簡(jiǎn)圖

   2.3關(guān)鍵控制程序介紹

   主機(jī)DVP64EH00R2和兩臺(tái)DVP20PM00D雙軸插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)控制器之間交換數(shù)據(jù)的控制程序在主機(jī)內(nèi)編程，主機(jī)負(fù)責(zé)組織、協(xié)調(diào)、控制上位機(jī)命令、擴(kuò)展單元運(yùn)行動(dòng)作以及機(jī)床各部分運(yùn)行狀態(tài)電氣信號(hào)等。主機(jī)和DVP20PM采用FROM和TO指令進(jìn)行實(shí)時(shí)交換數(shù)據(jù)（包括運(yùn)動(dòng)命令和運(yùn)行狀態(tài)等）。
  
                             

                               

                                  圖4 人機(jī)界面設(shè)置      

   X軸、Z軸、U軸、W軸的運(yùn)動(dòng)控制命令均在DVP20PM00D內(nèi)部編程實(shí)現(xiàn)，JOG、MDI、循環(huán)等運(yùn)動(dòng)命令均在20PM主程序內(nèi)完成。

   人機(jī)界面主要畫(huà)面如圖4所示。采用臺(tái)達(dá)人機(jī)畫(huà)面可以根據(jù)客戶機(jī)床工藝技術(shù)特點(diǎn)，編程組態(tài)各種人性化、方便操控的畫(huà)面和功能軟元件，相比數(shù)控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，畫(huà)面更加簡(jiǎn)約、直觀，操控更加便利、高效。

   2.4 調(diào)試心得

   由于主機(jī)PLC后面掛了若干臺(tái)擴(kuò)展單元，包括兩臺(tái)DVP20PM00D運(yùn)動(dòng)控制器、若干臺(tái)數(shù)字量輸入輸出擴(kuò)展單元、模擬量輸入輸出擴(kuò)展單元等部件，主機(jī)DVP64EH00R2內(nèi)的程序大量使用了FROM、TO指令，客戶起初使用M1000作為FROM、TO指令的調(diào)用條件，結(jié)果發(fā)現(xiàn)20PM在執(zhí)行運(yùn)動(dòng)動(dòng)作過(guò)程中出現(xiàn)一些莫名其妙的“誤動(dòng)作”，調(diào)試20PM控制程序始終未發(fā)現(xiàn)異常程序，調(diào)試程序也未找到徹底解決問(wèn)題的辦法。后來(lái)觀察主機(jī)64EH2內(nèi)控制程序，發(fā)現(xiàn)掃描周期偏長(zhǎng)，達(dá)到近30ms，懷疑可能是主機(jī)掃描周期偏長(zhǎng)，20PM的運(yùn)行動(dòng)作和狀態(tài)信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)未得到存儲(chǔ)，導(dǎo)致一些怪異的誤動(dòng)作和誤信號(hào)。將主程序內(nèi)FROM和TO指令前面的調(diào)用條件M1000改為M1012（100ms脈沖信號(hào)）后，故障消除，整個(gè)系統(tǒng)正常工作。

   3.結(jié)束語(yǔ)

   根據(jù)客戶設(shè)備技術(shù)要求，中達(dá)電通可以提供給客戶成熟可靠的系統(tǒng)解決方案，憑借著臺(tái)達(dá)優(yōu)秀的DVP20PM運(yùn)動(dòng)控制器強(qiáng)大的機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制功能，再加上提供給客戶完善的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試等技術(shù)服務(wù)，幫助客戶開(kāi)發(fā)出具備更高技術(shù)含量和更高附加值的產(chǎn)品，臺(tái)達(dá)產(chǎn)品和服務(wù)均獲得了客戶的極大認(rèn)可，實(shí)踐反復(fù)證明，中達(dá)電通是設(shè)備制造客戶良好的合作伙伴。

   作者簡(jiǎn)介

   孫承志，出生于1979年10月，畢業(yè)于吉林化工學(xué)院，工業(yè)自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)任中達(dá)電通股份有限公司高級(jí)應(yīng)用工程師，主要從事臺(tái)達(dá)全系列自動(dòng)化產(chǎn)品技術(shù)支持、售前技術(shù)培訓(xùn)、根據(jù)行業(yè)和設(shè)備特點(diǎn)提供整合應(yīng)用技術(shù)方案、幫助客戶編程調(diào)試，有著豐富的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)。