NUM1040數控系統在輪輻旋壓機上的應用特點
摘 要：本文論述了num1040數控系統在輪輻旋壓機上的應用特點，以及采用樣條曲線實現z軸與x軸和u軸同時插補功能,實現了復雜型面工件的旋壓成形。并簡述了機床的全自動控制過程及程序的編制。
前言
輪輻旋壓機的總體設計思路是根據用戶對設備提出的要求，結合輪輻旋壓工藝的特點，借鑒國外同類型旋壓機的特點，以及我所多年來旋壓機設計和控制的經驗來確定的。對于機床的一些特殊控制功能要求，我們進行了多方調研，zui后選擇了num1040數控系統，系統的圖形顯示功能具有加工過程的模擬顯示和旋壓過程的實時軌跡跟蹤顯示，并且系統的開放性非常強，特別適合于機床的各種控制功能要求，實現了上料，卸料自動化。運行可靠的全自動循環加工程序實現了全自動加工，達到了每分鐘加工一件產品的節拍要求，實現了大批量的生產。
1 機床總體結構
輪輻旋壓機屬中型強力旋壓機。由主軸箱、主床身、橫向進給伺服系統、縱向進給伺服系統、上料機械手、卸料裝置、尾頂等機構構成。縱向伺服進給為z軸，橫向兩個旋輪呈180°布置，分別為x軸和u軸, 共用一個縱向進給軸。加工時橫向x軸和u軸同時與縱向z軸進行插補，滿足旋壓工藝的要求。各部件結構如下：
1.1 橫向伺服進給系統
橫向伺服驅動系統，采用了放大器、伺服閥、油缸、橫向滑體、旋輪構,通過光柵尺進行位置檢測，實現閉環控制，與縱向伺服驅動系統相互插補，滿足旋輪加工軌跡的要求。由于兩個旋輪在旋壓過程中，既有錯距的需求又有同步的要求，這就要求每個旋輪各自與縱向進行相互插補，各走自己的旋壓軌跡曲線。
1.2 縱向伺服進給系統
縱向伺服進給系統采用的驅動方式與橫向進給系統相同，即放大器、伺服閥、油缸、縱向滑體機構，通過光柵尺進行位置檢測，實現閉環控制，與橫向伺服驅動系統相互插補，實現了每個旋輪加工軌跡的要求。
1.3 主軸系統
主軸系統由直流調速裝置，直流主軸電機、編碼器、機床主軸等部分構成。主軸轉速采用三檔機械變速，在每檔之間實現無級調速，并具有恒線速功能，滿足輪輻旋壓工藝的要求，提高了工件表面質量。
1.4 上料系統
上料系統采用機械手自動上料，機械手是通過多個油缸驅動旋轉軸、四連桿機構，實現機械手的上升、下降、旋轉、夾緊、松開等動作。
1.5 卸料裝置
在工件旋壓結束后，尾頂、旋輪退回到原位后，頂料缸自動頂料后并退回，把旋制的工件從芯模上卸下來，并通過翻轉油缸使卸料盤翻轉一個角度，使工件滑到一定的位置，卸料油缸自動推走工件，工件滑動到卸料滑軌上，完成整個卸料過程。機床驅動部分控制框圖見圖1：
圖1 驅動部分控制框圖
2 控制方案制定
2.1 數控系統選擇
根據旋壓工藝的要求，在選擇數控系統方面，我們進行了多方調研。num1040具有多種功能，如樣條插補、加工曲線實時軌跡跟蹤顯示、緊急回退、主軸恒線速等，可以滿足各種工藝要求。利用等價軸和樣條插補功能的結合，可以實現x軸和u軸對z軸同時進行插補，滿足復雜型面工件的加工要求，有利于程序的編制及工藝參數的調整；系統的圖形顯示功能可以模擬加工過程的模擬顯示和加工過程的實時軌跡跟蹤顯示；主軸恒線速功能，可提高工件的加工精度。在加工和調試過程中，出現故障時，緊急回退功能防止了機床部件的損壞，保證了加工工件和調試過程中的安全性。
數控系統靈活的軟件編程使工藝參數調整方便，節約了大量的工藝參數調整時間。數控系統可以存儲幾十個零件的加工程序，更換芯模后調出零件的加工程序，輸入相應數據即可進行旋壓加工，提高了生產效率。系統采用內裝plc，通過分布式輸入、輸出模塊實現開關量的采集和控制,系統采用友好的人機界面,所有的機床參數、實時信息、報警文本等都可在彩色監視器上顯示,字母、數字及功能鍵可用于編程及設置；操作上具有自動方式、mdi方式、手動操作方式、返回參考點方式等多種方式。因此，我們選擇了num1040數控系統。
2.2位置控制
位置控制采用光柵尺進行檢測，分辨率可達0.001mm。控制模塊zui大輸出±10v的信號，控制軸的加，減速及運動過程。每個軸的每個方向都有兩個相對于機床參考點的軟限位和硬限位，軟限位可在機床參數中隨時設置并修改，硬限位可由plc編程來選擇生效。
2.3 監控和診斷
機床的診斷分開機診斷和運行診斷，具體有以下幾項：控制系統自身診斷，對主軸電機溫度、電流和故障的診斷；液壓系統的電機采用熱繼電器保護的監控，液壓站、潤滑液、冷卻液液位、濾油系統、冷卻系統、潤滑系統堵塞、油溫、冷卻液溫度的監控等。
控制系統持續不斷的對nc、接口控制器和機床的故障進行監控，當故障發生時，首先中斷加工過程，停止驅動，故障原因通過報警信息顯示出來。排除故障后才能運行。
2.4 元器件選擇
主軸電機采用強制風冷型，直流調速裝置采用西門子產品，配電柜中的斷路器、接觸器、繼電器、端子排、24v電源采用合資產品。其他各種溫度、液位、行程開關、接近開關等檢測傳感器選擇產品，數控柜采用溫度調節機，強電柜采用過濾風扇散熱，降低了故障率，保證了電氣控制系統的穩定、可靠運行。
3 軟件編程
3.1 循環程序控制框圖
機床的自動化程度越高，生產效率越高，才能滿足大批量生產要求。為此，機床采用自動上料、加工、卸料、全自動循環加工方式。在卸料的同時機械手上料開始，復合動作比較多，機床的檢測、互鎖要求嚴格。為了方便用戶的使用，機床操作根據動作要求編輯有主程序和幾個子程序，用戶可根據不同的加工工件及其加工工藝的要求，調出工件的加工程序，即可進行旋壓加工。旋壓機的自動加工程序可實現三種工作方式，分別為程序1、程序2、和程序3。
程序1:帶機械手單件自動加工程序。該程序為按下自動加工開始按扭后執行（上料→加工工件→卸料），加工完一個工件后程序自動結束。
程序2:不帶機械手單件自動加工程序。該程序為按下自動加工開始按扭后執行（尾頂進→防護罩進→加工工件→卸料），加工完一個工件后，程序自動結束。
程序3:帶機械手全自動循環加工程序。該程序為按下自動加工開始按扭后程序自動執行（上料→加工工件→卸料）循環加工過程，如果要停止加工，按一下加工結束按扭。此時，程序不能馬上停止，而是加工完zui后一個工件后自動停止加工。
程序1和程序2比較簡單，只需按照動作順序編制即可，而程序3比較復雜，在循環加工過程中，加工工件的同時，機械手要完成下一個工件的上料，而且在上料的同時又要完成卸料。在數控程序的編制中，由于每一條語句只能有一個模態和一個非模態的m指令，而該循環程序要求在加工工件的同時，既要有多種動作的同時進行，又要有多種動作的順序執行，這樣一來給循環程序的編制帶來一定的難度。為了實現上述動作要求，在程序的編制中，利用了一些復合指令，即一個m指令完成多種動作。但執行此指令時對各動作的執行時間和位置檢測要求嚴格。而且有時同一動作，執行時間和次數的不同，需要采用不同的m指令來實現同一動作。利用上述方法編制的程序，滿足了循環加工的要求，實現了上料、加工、卸料同時自動進行，滿足了每分鐘旋制一件產品的要求。具體循環程序控制框圖見圖2。
圖2 循環程序控制框圖
3.2 加工程序的編制
由于輪輻的加工曲線比較復雜，屬于不規則曲線，不能只采用標準的直線和圓進行編程，需要采用樣條曲線進行編程，而標準的數控系統有些功能（如樣條曲線）都是針對車床、銑床、磨床等標準機床實現的一些功能，輪輻旋壓機屬于機床，如何實現z軸 與x軸和u軸同時插補,實現復雜型面工件的旋壓成形，對于編程是一個難點。為了實現上述功能，我們制定了三個方案，一種是采用點編程，此種方案各軸需要分別輸入一百多個點，才能滿足加工要求，這給用戶將來編輯和修改程序帶來了麻煩，容易輸入錯誤，造成工件不合格。另一種是采用num*的動態操作功能，但此功能要求加工曲線必須有標準的計算公式，而且編程特別復雜，每一種產品都要重新計算，對于輪輻這種多品種的產品不適合。zui后經過試驗，利用等價軸和樣條插補功能的結合，實現了x軸和u軸對z軸同時進行插補，既滿足了復雜型面工件的加工要求，又給用戶將來編程帶來了方便，用此方法編程，每種產品只需輸入該曲線的起點和終點斜率，再輸入十個點的數值即可。具體程序如下：
n10 @u = u
n20 x1 z1 @u1
n30 x208 z23 @u259
.
.
.
n130 x278 z110 @u281
n140 x0 z1 @u0
n150 g48 nc1 n20 n140
n160 g06 nc1
4 機床控制特點
4.1 旋壓過程的實時軌跡跟蹤顯示功能
num系統的圖形顯示功能具有加工過程的模擬顯示和旋壓過程的實時軌跡跟蹤顯示功能。
加工過程模擬被用于檢查程序是否按預期的（零件尺寸和指令順序）在運行。被模擬的加工過程是在自動和單步方式下cnc所進行的實際加工過程為基礎的，但在此過程中不會有軸的運動。模擬加工過程在自動方式下被執行的程序將一直運行到m02為止，在單步方式下按一下相應的按鍵，將執行一條語句。
旋壓過程的實時軌跡跟蹤可在圖形方式下對工件的旋壓階段進行監控。顯示頁面將實時的顯示出旋輪的移動情形。可以在加工過程中或之前的任何時候調用旋壓過程的實時跟蹤功能。當實時路徑與程序路徑不一致時，將用軸的測量值顯示實際路徑。
在進行工件加工軌跡跟蹤期間，屏幕大小可以被重新計算，或自動縮放顯示平面，將窗口的大小改變到顯示細節所要求的尺寸。
4.2 緊急回退功能
緊急回退功能允許運動被中斷，以便在故障發生后，旋輪能立即從工件處撤離，以免撞壞芯模。
緊急回退功能將執行一個由正在被執行的程序提供的預先計劃好的回退過程。只要按一下相應的按扭，加工過程馬上被中斷，并按工件程序中定義的過程進行回撤。
5 結論
5.1 旋壓機采用標準的num數控系統控制，是切實可行的。工藝參數調整方便，節約了大量的工藝調整時間。
5.2 利用等價軸和樣條插補功能的結合，實現了x軸和u軸對z軸同時進行插補。簡化了復雜曲線加工程序的編制。
5.3 運行可靠的全自動循環加工程序實現了全自動加工，滿足了用戶每分鐘一件產品的加工要求，提高了生產效率。
5.4 數控系統持續不斷的對nc接口控制器和機床的故障進行監控、診斷、報警，提高了機床運行的可靠性，穩定性。
初步驗收的規范、標準有哪些？
Methyltetrazine-PEG8-NH2可以用于制備納米結構
視頻會議市場快速發展 新興企業觸動競爭格局變化
4Cr25Ni35NbW高溫鑄件
高壓絕緣橡膠板規格參數
NUM1040數控系統在輪輻旋壓機上的應用特點
各類液位計、物位儀表的優點介紹
不銹鋼蝶閥的特點
河北滄宇軟連接廠家產品詳解
細胞成管實驗技術服務
變壓器容量的選擇
汽車連接器的標準對比
西門子模塊數字量輸入接線方法
紅外二氧化碳傳感器探頭的特點及應用
全自動一體化凈水設備的技術特性及運行操作
香油灌裝生產線設備使你不會擔憂油類的設備的品質和可靠
檢測防水卷材的剝離性能的設備
蒸汽直埋保溫管供應參數
鋼結構防火涂料防火原理
小麥淀粉廠廢水處理設備工藝流程和工藝標準
前言
輪輻旋壓機的總體設計思路是根據用戶對設備提出的要求，結合輪輻旋壓工藝的特點，借鑒國外同類型旋壓機的特點，以及我所多年來旋壓機設計和控制的經驗來確定的。對于機床的一些特殊控制功能要求，我們進行了多方調研，zui后選擇了num1040數控系統，系統的圖形顯示功能具有加工過程的模擬顯示和旋壓過程的實時軌跡跟蹤顯示，并且系統的開放性非常強，特別適合于機床的各種控制功能要求，實現了上料，卸料自動化。運行可靠的全自動循環加工程序實現了全自動加工，達到了每分鐘加工一件產品的節拍要求，實現了大批量的生產。
1 機床總體結構
輪輻旋壓機屬中型強力旋壓機。由主軸箱、主床身、橫向進給伺服系統、縱向進給伺服系統、上料機械手、卸料裝置、尾頂等機構構成。縱向伺服進給為z軸，橫向兩個旋輪呈180°布置，分別為x軸和u軸, 共用一個縱向進給軸。加工時橫向x軸和u軸同時與縱向z軸進行插補，滿足旋壓工藝的要求。各部件結構如下：
1.1 橫向伺服進給系統
橫向伺服驅動系統，采用了放大器、伺服閥、油缸、橫向滑體、旋輪構,通過光柵尺進行位置檢測，實現閉環控制，與縱向伺服驅動系統相互插補，滿足旋輪加工軌跡的要求。由于兩個旋輪在旋壓過程中，既有錯距的需求又有同步的要求，這就要求每個旋輪各自與縱向進行相互插補，各走自己的旋壓軌跡曲線。
1.2 縱向伺服進給系統
縱向伺服進給系統采用的驅動方式與橫向進給系統相同，即放大器、伺服閥、油缸、縱向滑體機構，通過光柵尺進行位置檢測，實現閉環控制，與橫向伺服驅動系統相互插補，實現了每個旋輪加工軌跡的要求。
1.3 主軸系統
主軸系統由直流調速裝置，直流主軸電機、編碼器、機床主軸等部分構成。主軸轉速采用三檔機械變速，在每檔之間實現無級調速，并具有恒線速功能，滿足輪輻旋壓工藝的要求，提高了工件表面質量。
1.4 上料系統
上料系統采用機械手自動上料，機械手是通過多個油缸驅動旋轉軸、四連桿機構，實現機械手的上升、下降、旋轉、夾緊、松開等動作。
1.5 卸料裝置
在工件旋壓結束后，尾頂、旋輪退回到原位后，頂料缸自動頂料后并退回，把旋制的工件從芯模上卸下來，并通過翻轉油缸使卸料盤翻轉一個角度，使工件滑到一定的位置，卸料油缸自動推走工件，工件滑動到卸料滑軌上，完成整個卸料過程。機床驅動部分控制框圖見圖1：
圖1 驅動部分控制框圖
2 控制方案制定
2.1 數控系統選擇
根據旋壓工藝的要求，在選擇數控系統方面，我們進行了多方調研。num1040具有多種功能，如樣條插補、加工曲線實時軌跡跟蹤顯示、緊急回退、主軸恒線速等，可以滿足各種工藝要求。利用等價軸和樣條插補功能的結合，可以實現x軸和u軸對z軸同時進行插補，滿足復雜型面工件的加工要求，有利于程序的編制及工藝參數的調整；系統的圖形顯示功能可以模擬加工過程的模擬顯示和加工過程的實時軌跡跟蹤顯示；主軸恒線速功能，可提高工件的加工精度。在加工和調試過程中，出現故障時，緊急回退功能防止了機床部件的損壞，保證了加工工件和調試過程中的安全性。
數控系統靈活的軟件編程使工藝參數調整方便，節約了大量的工藝參數調整時間。數控系統可以存儲幾十個零件的加工程序，更換芯模后調出零件的加工程序，輸入相應數據即可進行旋壓加工，提高了生產效率。系統采用內裝plc，通過分布式輸入、輸出模塊實現開關量的采集和控制,系統采用友好的人機界面,所有的機床參數、實時信息、報警文本等都可在彩色監視器上顯示,字母、數字及功能鍵可用于編程及設置；操作上具有自動方式、mdi方式、手動操作方式、返回參考點方式等多種方式。因此，我們選擇了num1040數控系統。
2.2位置控制
位置控制采用光柵尺進行檢測，分辨率可達0.001mm。控制模塊zui大輸出±10v的信號，控制軸的加，減速及運動過程。每個軸的每個方向都有兩個相對于機床參考點的軟限位和硬限位，軟限位可在機床參數中隨時設置并修改，硬限位可由plc編程來選擇生效。
2.3 監控和診斷
機床的診斷分開機診斷和運行診斷，具體有以下幾項：控制系統自身診斷，對主軸電機溫度、電流和故障的診斷；液壓系統的電機采用熱繼電器保護的監控，液壓站、潤滑液、冷卻液液位、濾油系統、冷卻系統、潤滑系統堵塞、油溫、冷卻液溫度的監控等。
控制系統持續不斷的對nc、接口控制器和機床的故障進行監控，當故障發生時，首先中斷加工過程，停止驅動，故障原因通過報警信息顯示出來。排除故障后才能運行。
2.4 元器件選擇
主軸電機采用強制風冷型，直流調速裝置采用西門子產品，配電柜中的斷路器、接觸器、繼電器、端子排、24v電源采用合資產品。其他各種溫度、液位、行程開關、接近開關等檢測傳感器選擇產品，數控柜采用溫度調節機，強電柜采用過濾風扇散熱，降低了故障率，保證了電氣控制系統的穩定、可靠運行。
3 軟件編程
3.1 循環程序控制框圖
機床的自動化程度越高，生產效率越高，才能滿足大批量生產要求。為此，機床采用自動上料、加工、卸料、全自動循環加工方式。在卸料的同時機械手上料開始，復合動作比較多，機床的檢測、互鎖要求嚴格。為了方便用戶的使用，機床操作根據動作要求編輯有主程序和幾個子程序，用戶可根據不同的加工工件及其加工工藝的要求，調出工件的加工程序，即可進行旋壓加工。旋壓機的自動加工程序可實現三種工作方式，分別為程序1、程序2、和程序3。
程序1:帶機械手單件自動加工程序。該程序為按下自動加工開始按扭后執行（上料→加工工件→卸料），加工完一個工件后程序自動結束。
程序2:不帶機械手單件自動加工程序。該程序為按下自動加工開始按扭后執行（尾頂進→防護罩進→加工工件→卸料），加工完一個工件后，程序自動結束。
程序3:帶機械手全自動循環加工程序。該程序為按下自動加工開始按扭后程序自動執行（上料→加工工件→卸料）循環加工過程，如果要停止加工，按一下加工結束按扭。此時，程序不能馬上停止，而是加工完zui后一個工件后自動停止加工。
程序1和程序2比較簡單，只需按照動作順序編制即可，而程序3比較復雜，在循環加工過程中，加工工件的同時，機械手要完成下一個工件的上料，而且在上料的同時又要完成卸料。在數控程序的編制中，由于每一條語句只能有一個模態和一個非模態的m指令，而該循環程序要求在加工工件的同時，既要有多種動作的同時進行，又要有多種動作的順序執行，這樣一來給循環程序的編制帶來一定的難度。為了實現上述動作要求，在程序的編制中，利用了一些復合指令，即一個m指令完成多種動作。但執行此指令時對各動作的執行時間和位置檢測要求嚴格。而且有時同一動作，執行時間和次數的不同，需要采用不同的m指令來實現同一動作。利用上述方法編制的程序，滿足了循環加工的要求，實現了上料、加工、卸料同時自動進行，滿足了每分鐘旋制一件產品的要求。具體循環程序控制框圖見圖2。
圖2 循環程序控制框圖
3.2 加工程序的編制
由于輪輻的加工曲線比較復雜，屬于不規則曲線，不能只采用標準的直線和圓進行編程，需要采用樣條曲線進行編程，而標準的數控系統有些功能（如樣條曲線）都是針對車床、銑床、磨床等標準機床實現的一些功能，輪輻旋壓機屬于機床，如何實現z軸 與x軸和u軸同時插補,實現復雜型面工件的旋壓成形，對于編程是一個難點。為了實現上述功能，我們制定了三個方案，一種是采用點編程，此種方案各軸需要分別輸入一百多個點，才能滿足加工要求，這給用戶將來編輯和修改程序帶來了麻煩，容易輸入錯誤，造成工件不合格。另一種是采用num*的動態操作功能，但此功能要求加工曲線必須有標準的計算公式，而且編程特別復雜，每一種產品都要重新計算，對于輪輻這種多品種的產品不適合。zui后經過試驗，利用等價軸和樣條插補功能的結合，實現了x軸和u軸對z軸同時進行插補，既滿足了復雜型面工件的加工要求，又給用戶將來編程帶來了方便，用此方法編程，每種產品只需輸入該曲線的起點和終點斜率，再輸入十個點的數值即可。具體程序如下：
n10 @u = u
n20 x1 z1 @u1
n30 x208 z23 @u259
.
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n130 x278 z110 @u281
n140 x0 z1 @u0
n150 g48 nc1 n20 n140
n160 g06 nc1
4 機床控制特點
4.1 旋壓過程的實時軌跡跟蹤顯示功能
num系統的圖形顯示功能具有加工過程的模擬顯示和旋壓過程的實時軌跡跟蹤顯示功能。
加工過程模擬被用于檢查程序是否按預期的（零件尺寸和指令順序）在運行。被模擬的加工過程是在自動和單步方式下cnc所進行的實際加工過程為基礎的，但在此過程中不會有軸的運動。模擬加工過程在自動方式下被執行的程序將一直運行到m02為止，在單步方式下按一下相應的按鍵，將執行一條語句。
旋壓過程的實時軌跡跟蹤可在圖形方式下對工件的旋壓階段進行監控。顯示頁面將實時的顯示出旋輪的移動情形。可以在加工過程中或之前的任何時候調用旋壓過程的實時跟蹤功能。當實時路徑與程序路徑不一致時，將用軸的測量值顯示實際路徑。
在進行工件加工軌跡跟蹤期間，屏幕大小可以被重新計算，或自動縮放顯示平面，將窗口的大小改變到顯示細節所要求的尺寸。
4.2 緊急回退功能
緊急回退功能允許運動被中斷，以便在故障發生后，旋輪能立即從工件處撤離，以免撞壞芯模。
緊急回退功能將執行一個由正在被執行的程序提供的預先計劃好的回退過程。只要按一下相應的按扭，加工過程馬上被中斷，并按工件程序中定義的過程進行回撤。
5 結論
5.1 旋壓機采用標準的num數控系統控制，是切實可行的。工藝參數調整方便，節約了大量的工藝調整時間。
5.2 利用等價軸和樣條插補功能的結合，實現了x軸和u軸對z軸同時進行插補。簡化了復雜曲線加工程序的編制。
5.3 運行可靠的全自動循環加工程序實現了全自動加工，滿足了用戶每分鐘一件產品的加工要求，提高了生產效率。
5.4 數控系統持續不斷的對nc接口控制器和機床的故障進行監控、診斷、報警，提高了機床運行的可靠性，穩定性。
初步驗收的規范、標準有哪些？
Methyltetrazine-PEG8-NH2可以用于制備納米結構
視頻會議市場快速發展 新興企業觸動競爭格局變化
4Cr25Ni35NbW高溫鑄件
高壓絕緣橡膠板規格參數
NUM1040數控系統在輪輻旋壓機上的應用特點
各類液位計、物位儀表的優點介紹
不銹鋼蝶閥的特點
河北滄宇軟連接廠家產品詳解
細胞成管實驗技術服務
變壓器容量的選擇
汽車連接器的標準對比
西門子模塊數字量輸入接線方法
紅外二氧化碳傳感器探頭的特點及應用
全自動一體化凈水設備的技術特性及運行操作
香油灌裝生產線設備使你不會擔憂油類的設備的品質和可靠
檢測防水卷材的剝離性能的設備
蒸汽直埋保溫管供應參數
鋼結構防火涂料防火原理
小麥淀粉廠廢水處理設備工藝流程和工藝標準