伺服通用型数控系统外圆磨床高开放性直观输入
1引言
外圆磨床是对胚件外圆进行研磨，并对胚件尺寸精加工、通过精加工实现胚件表面光洁度。外圆磨床是加工精度很高的机床。而其加工的工件也相对固定，这就给中达通用型数控系统提供了展现高开放性的很好平台。
中达通用型数控系统的显示画面、内部PLC、I/O点规划、内部参数规划都是开放的，可依照需求修改和规划，能实现对相对固定工件加工数据的直观输入，不需修改G代码程序，使操作者的工作简单、简化，提高效率。
2外圆磨床工作原理
外圆磨床使用两个伺服轴X、Y。电机带动夹头和工件旋转，砂轮也旋转，工件和砂轮旋转轴心是平行于X轴的两个轴，旋转方向通过砂轮和工件表面的摩擦加工工件。两个伺服轴X轴、Y轴的移动，改变工件的直径和形状。外圆磨床属于精度较高的机床，对基台、丝杠、数控系统、伺服的要求都比较高。传统外圆磨床是用液压带动Y轴运动，这使加工工件受到很大限制。使用数控之后，Y轴的位置和速度的可控性、NC程序的自动修整砂轮，使加工工件的范围大大增大。
3基于台达自动化平台的数控外圆磨床解决方案
由于使用需求和设计的不同，不同机床的机械和电气设计也不尽同，中达通用型数控系统的开放性，能大程度满足每台机床的特殊要求。
依托母公司台达系列齐全的自动化产品，中达能以经济、简便、高效的方式，为机床客户量制解决方案。采用由中达高开放性PUTNC-H4C-2数控系统、台达ASDA-B伺服系统、VE系列变频器组成的数控磨床整体解决方案，能使机床制造商、终客户都得到满意服务与效益大化。
3.1PUTNC-H4C-2数控系统的技术特点
图1PUTNC-H4C-2数控系统
台达PUTNC-H4C-2数控系统如图1所示。工件定义画面如图2——图5所示。
（1）开放式的系统架构，内含嵌入式PLC，能满足各类制造商的不同要求。
（2）高清晰LCD液晶显示，用户可自行规划画面内容。
（3）多驱动3路伺服轴（X、Y、A）。
（4）配合PLC开发，可自定义按键功能，使操作更灵活。
（5）提供标准24点输入和16点输出，可选配I/O扩展单元，56点输入，64点输出。
图2工件选择画面
图31号工件设置画面
图42号工件设置画面
图5砂轮修整画面
3.2MCM数控参数修改
00012500;022Tool#1radiuscompensation
00000006;058X-axis，Backlashcompensation，0～255
00000027;059Y-axis，Backlashcompensation，0～255
00001500;061X-axis，JOGFeed-rate&power-onG01speed
00001500;062Y-axis，JOGFeed-ratespeed
00000010;064X-axis，ResolutionDenominator，(Encoderpulse)
00000004;065X-axis，ResolutionNumerator，(Ball-screwpitc
00000010;066Y-axis，ResolutionDenominator，(Encoderpulse)
00000004;067Y-axis，ResolutionNumerator，(Ball-screwpitc
00003000;079X-axis，G00Traversespeedlimit
00003000;080Y-axis，G00Traversespeedlimit
00000000;082X-axis，Directionofmotorrotation，0=CW，1=CCW
00000001;083Y-axis，Directionofmotorrotation，0=CW，1=CCW
00006000;093X-axis，SoftwareOTlimit，(+)direction
00006000;094Y-axis，SoftwareOTlimit，(+)direction
-09999999;096X-axis，SoftwareOTlimit，(-)direction
-00342000;097Y-axis，SoftwareOTlimit，(-)direction
00000256;136X-axis，HomegriddirectionduringHOMEexecutio
00000256;137Y-axis，HomegriddirectionduringHOMEexecutio
00000004;141X-axis，Denominator，MPGresolutioncalc.
00000010;142X-axis，Numerator，MPGresolutioncalc.
00000004;143Y-axis，Denominator，MPGresolutioncalc.
00000010;144Y-axis，Numerator，MPGresolutioncalc.
-00000001;161X-axisPitchErrormode
-00000001;162Y-axisPitchErrormode
00060000;164X-轴导螺杆螺距误差补偿每段长度设定
00050000;165Y-轴导螺杆螺距误差补偿每段长度设定
00000000;167X-轴40段补偿量设定-1
-00000002;168X-轴40段补偿量设定-2
-00000002;169X-轴40段补偿量设定-3
00000010;207Y-轴40段补偿量设定-1
00000006;208Y-轴40段补偿量设定-2
-00000004;209Y-轴40段补偿量设定-3
-00000008;210Y-轴40段补偿量设定-4
00000002;211Y-轴40段补偿量设定-5
-00000001;212Y-轴40段补偿量设定-6
-00000001;213Y-轴40段补偿量设定-7
3.3加工变量定义
3.4NC程序范例
（1）新砂轮修整程序：新砂轮修整是要把一个新的平砂轮，修整成如图4所示的砂轮，一侧是一个一定半径、一定弧度的圆弧。这个圆弧的半径和弧度是根据待加工工件的圆弧的半径和弧度计算所得，待加工工件如图4中所示。
o0005
G65 P#460 L3A#342B2.
G65 P#464 L31A12.5B4200
G65 P#465 L32A12.5B4200
G65 P#466 L03A12.5B#465
G65 L1P#46 1A0
G00 Y-#460
X-#341
G01V-2.F#345
N10
G03U-#466V#464R12.5
G02U#466V-#464R12.5
V-16.
V15.960
G65 L2 P#461A#461B1
G65 P10 L84A#461B250
G01V-0.01
G03U-#466 V#464R12.5
G02U #466 V-#464R12.5
V-10.
V10.
G01V0.005
G03U-#466 V#464 R12.5
G02U #466V-#464R12.5
V-10.
V10.
M02
（2）工件2加工程序：因为加工工件的砂轮一侧有圆弧型，需使用刀具半径补偿的指令G40、G41、G42。需要在MCM参数中做出设定：00012500;022Tool#1radiuscompensation（组R刀具半径补正值设定）。
o0002
G65 P#430 L3A#322B20.
G65 P#431 L2A#321B12.5
G65 P#432 L3A#431B#326
G65 L1 P#433 A0
N20
G00Y-#430
X-#321
G41X-#431Y-#430D1
U-#328V-#328
G01V-35.F#331
G03U#326V-#326R#326
G01V#326
G40X-#432Y-#430
G65L2P#433A#433B1
G65L84P20A#433B#332
U-#329V-#329
G01V-35.F#331
G03U#326V-#326R#326
G01V#326
G40X-#432Y-#430
U-#330V-#330
G01V-35.F#331
G03U#326V-#326R#326
G01V#326
G40X-#432Y-#430
M02
4台达伺服系统与变频器
4.1ASDA-A系列交流伺服系统
ASDA-A系列进阶型交流伺服系统和ASDA-B标准型交流伺服系统是台达电子集团分别于03年和05年推出的2款主流伺服产品，能够全方位满足工业用户的需求，特别在CNC机床的应用上，性能表现更加优异。台达伺服针对于CNC机床领域特点：
（1）内建完整的三种（位置/速度/转矩模式）基本控制机能，可以方便的和上位控制器连接。
（2）动态响应性好，伺服整定时间1ms、空载状态下-3000RPM～3000RPM的加速时间10ms。
（3）PDFF（Pseudo-DerivativeFeedbackandFeedforward）强健式控制架构相应更快速、对外部干扰有更强的抑制补偿能力，从而能够保证车刀切削瞬间，或其它外力突然介入时，伺服定位或定速被影响很少，如图5所示。
（4）伺服的自动增益调整功能，能自动评估负载情况并合理设置伺服增益，从而使伺服调试更简单、更快捷，且伺服定位更，无超越量和加速度过冲。
（5）提供共振抑制功能和低通滤波器功能，能有效弥补机械的不足和缺陷。
（6）台达ASDA-A系列进阶型交流伺服系统更具有分度定位功能，配合CNC系统PLC的I/O规划，能轻松实现伺服刀库控制。
4.2台达VFD-VE系列磁束向量控制交流变频器
VFD-VE系列是台达为满足高端市场于2007年推出的一款全新产品，其频率输出范围为0～600Hz，而V2H型的输出更高达3600Hz，完全能满足CNC机床高速主轴的控制需求。利用独特位置控制功能，配合H4CL-T系统的C轴机能亦可实现主轴任意角度分度功能。
VFD-VE系列交流变频器特点：
（1）内置V/F，向量控制；转矩控制，以及位置控制功能。
（2）频率输出范围为0～600Hz，高端机型的输出更高达3600Hz。
（3）速度控制精度：FOC+PG闭回路控制，可达+/-0.02%。
（4）低速力矩：0.5HZ可达150%。
（5）可做马达参数和负载惯量估测以及高速弱磁曲线估测功能。
（6）机械煞车控制功能、瞬时停电时减速功能。
（7）马达温度回授保护（PTC）功能。
5结束语
当今加工业飞速发展，而自动化产品在加工业大量应用。可以看出，加工行业正在整体向自动化控制迈进。中达通用型数控系统具有高开放性、高稳定性的特点，在很多专用加工机械上都有很大的发展空间和潜力，再配合中达其他自动化产品——如伺服系统、变频器、编码器、导轨丝杠等，组成的整体解决方案，不仅能使客户的机床产品在稳定性和质量上都有质的飞跃，也能使机床所加工出来的产品，在质量和效率上都有很大程度提高。
2.PAC硬件简介
2.1系统构成
一个完整的PAC系统包括以下几种模块组成（但不是每种都必须有）：
基本CPU模块。
系统接口模块。
电源和IO接口模块。
现场总线模块。
数字量和模拟量采集模块，
UPS模块。
图1:倍福PAC系统外观图
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2.2CPU模块
存储器选配:64M字节闪存+128M字节RAM。
DVI/USB选配:选带或不带DVI/USB接口模块。
操作系统选配:bbbbbbsCE.NET。
bbbbbbsXP嵌入式(要求CF卡)。
TwinCAT实时PLC选配:
不带TwinCAT。
TwinCATCEPLC或TwinCATPLC(取决于操作系统)。
TwinCATCENC或TwinCATNC(取决于操作系统)。
2.3接口模块
显示器和触摸屏接口:
DVI:视频信号通过标准的DVI连接到显示器上。USB:可连接触摸屏或鼠标,键盘,扫描仪,打印机,CD-ROM读写器
高速度232接口：大传输速率115K
音频信号接口：主要提供音频输入输出接口。
视频信号接口：主要提供视频输入输出接口。
3．九洲PowerWinVert-A型风电变流器主电路工作原理
图2PowerWinVert-A型风电变流器主电路拓扑结构
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我们选用的是不可控整流+升压斩波+SPWM逆变的电路结构
3.1主电路结构说明
发电机使用的是永磁同步发电机，采用六相不可控整流桥对其进行12脉冲整流，在输出端并上电容进行稳压，减小直流脉动。考虑到电流波形畸变和发电机内感的存在，在发电机输出端并上无功补偿电容，提高发电机的功率因数和利用效率。在中间直流环节，采用升压斩波电路。在逆变环节，采用两个SPWM逆变桥通过滤波电抗并联的形式，以减小每个IGBT通过的电流大小，还能在一定的控制方法配合下防止连个逆变器输出电流不等从而防止环流问题出现。为了防止直流母线电压过高损坏器件，加入了直流母线钳位电路；为了电路开始运行对电容充电电流过大，加入了电容的预充电支路，该支路还保证发电机没工作时的直流母线侧上也有电压，能对电网进行无功率补偿。
3.2工作原理
随着风速的变化，风轮的转速也在变化，发电机发出的交流电的电压和频率是不断变化的，该变压变频的交流点经过AC-DC变换后变为了幅度不断变化的直流电，经过升压斩波稳压后转化为电压幅值稳定而电流大小随风速度不断变化的直流电，再经过SPWM逆变器，变成了与电网相位频率相同，输出电压随风速不断变化且略高于电网电压的三相交流电，后经过滤波电抗器并网，输出电压高与电网部分降在滤波电抗器上，从而完成了直驱并网型风力发电机变流电路将变频变压交流电转化为能并网的交流电的任务。