台达20PM运动控制器钻铣床床的应用.docx
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台达20PM运动控制器钻铣床床的应用
台达20PM在数控钻铣床中的应用
摘要：
重点介绍台达DVP-20PM00D运动控制器数控功能，简单描述钻铣床工作原理、工艺要求及相关控制程式概要。
关键词：
钻铣床、原点复归、手摇轮MPG输入，运动子程序
一、前言
随着机械行业的技术进步和市场的不断发展，用户需要更高的加工精度和工作效率，普通机床已经远远不能满足用户的要求，数控机床在市场中所占的比重越来越大，但数控系统高昂的价格是目前制约其普及的重要因素。
本客户是河南某机床厂，过去系统全是西门子的数控系统，价格昂贵，通过用台达运动控制型PLC20PM控制方案完全替代了上述系统，非常方便的实现了定位控制、原点复归、手摇轮MPG输入，直线插补，圆弧插补等多种功能，不仅满足数控设备的功能要求，而且响应速度快，定位精确，价格合理，完全达到客户要求。
在钻铣行业具有推广价值，值得借鉴。
二、钻铣床简介
该钻铣床，用于各种中型零件加工，特别是有色金属材料；塑料；尼龙的切削，具有结构简单，操作灵活等优点，广泛用于单件或是成批的机械制造；仪表工业；建筑装饰和修配部门。
1、系统概述
系统配置如下图，包含电气控制箱、触摸屏操作盒。
采用DVP-20PM00D运动控制器作为控制核心，触摸屏作为人机交换，伺服电机作为执行机构，实现X轴Y,Z轴的精确控制，三轴均为台达全数字交流伺服系统，各轴伺服电机通过连轴器带动滚珠丝杠，以移动配有直线导轨的工作台和主轴铣头，其定位准确，速度快。
主轴铣头由变频器控制，根据刀具及工件和进给量，来设置主轴合理的转速，并在程序中设定它的启动停止。
各轴均设二端极限传感器和原点传感器，冷却和润滑也都有异常检测，在报警灯和人机界面处显示报警信息。
为便于调试和检修，各项操作均设手动功能，如手动各轴快慢移动、主轴高低速旋转、切削液及润滑开关等。
2硬件配置
如上图所示，控制核心为台达DVP-20PMPLC.它是一款专用运动控制型PLC，采用高速双CPU结构形式，利用独立CPU处理运动控制算法，可以很好地实现各种运动轨迹控制、逻辑动作控制，直线/圆弧插补控制等，在本系統控制是利用了20PM运动控制器的手搖輪功能，正反向點動功能，运动子程序功能以及逻辑处理功能。
台达DVP-20PM分为00D和00M两款机型，其中20PMOOD是两轴的运动控制器，20PMOOM是三轴的运动控制器。
这个控制选用的是三轴控制系统。
由于20PM主机结合了PLC顺序逻辑控制及双轴插补定位控制的功能，因此在程序架构上主要分为O100主程序、Ox运动子程序及Pn子程序等三大类，结合了基本指令、应用指令、运动指令及GCode指令，使程序设计更多元化，结构更清晰；程序采用PMSOFT软件进行编辑。
3、设备控制原理
分为手动和自动
手动状态
1、通过操作按钮或人机实现水平（X轴）、（Y轴），垂直（Z轴）方向的点动（点动速度通过手调电位器控制）；
2、通过操作按钮或人机实现水平（X轴）、（Y轴），垂直（Z轴）方向变速移动（移动速度通过触摸屏设置），可以随时中止，且不影响下一动作；
3、提供原点复归功能。
4、通过手摇轮可以迅速且准确的实现水平（X轴）、（Y轴），垂直（Z轴）方向进给，单步最小进给0.1um；
5、手摇轮控制模式需提供低（x1）、中（x10）、高（x100）共3个速度，
自动状态
在普通情况下，程序量不大，可通过人机输入加工程序
实现程序自动运行加工程序。
输入程序可通过下图所示，用ASCII码方式输入
所输入的加工程序可以存到配方中，在20PM里可以把人机输入的程序
自动翻译成G码程序，转化到OX里执行
上图为20PM内的转码程序
ToK255k0k0k1_初始化動作
ToK255k1k0k1_轉碼完成
ToK255k2D0k1_進行轉碼
D3000G碼一行DRegister的數目
D3001G碼列數
D3002~D0xD1+1,G碼的ASCII碼
三、具体应用介绍
（1）手动說明
1、故障清除
在人机上X轴，Y,Z轴上有个故障清除按扭，该故障清除按扭主要功能为，当用户用手摇轮，或正反向进给碰到极限开关，会报警，此时，反向运行，故障，会自动消失，如果仍然往同一方向运行，相应轴会报警，这是只有通过复位按钮，清除故障，才可操作。
从上图可以看到，m1793，M1873分别是两轴的故障标志，在程序中无需对LSP,LSN左右极限进行编程，碰到极限开关，20PM会自行处理，减轻编程负担。
2、进给率的设置
在人机上进给率的设置实际是进给速度的设置，一般单位为MM/MIN,可通过程序换算成PULSE/SEC,下图为换算后的单位赋值给相应点动寄存器。
当需要正向进给是把进给值设为正值，当需要负向进给是把进给值设为负值，而由于20PM的速度设置始终是正值，正反向切换，实际利用的是20PM命令寄存器1846（X轴），D1926（Z轴）的点动控制位。
D1846为X轴的运转命令设定，D1926为Y轴的运转命令设定。
说明如下：
bit#
X-Y轴运转命令
bit#
X-Y轴运转命令
0
软件STOP
8
单段速定位运动模式激活
1
软件START
9
插入单段速定位运动模式激活
2
JOG+运转
10
两段速定位运动模式激活
3
JOG-运转
11
插入两段速定位运动模式激活
4
变速度运转模式激活
12
OX设定 0：
Stop；1：
Start
5
手摇轮输入操作
13
6
原点回归模式激活
14
7
如上图把H4赋值给D1846,实现X轴的正向进给，把H8赋值给D1846,实现X轴的负向进给；同理把H4赋值给D1926,实现Z轴的正向进给，把H8赋值给D1926,实现Z轴的负向进给.在程序中通过20PM灵活的逻辑处理能力，通过判断
进给速度的正负，分别控制标志位M200,M201。
如下图程序
M200ON,为X正向进给,M200OFF为X负向进给；M201ON,为Z正向进给,M201OFF为Z负向进给.通过正反向标志位，在调用正反向控制命令，如下图
3点动的控置
实际上正反点动命令的控制同样是对D1846赋值为H4或h8（X轴），对D1926赋值为H4或h8（Z轴）;只不過用了上升沿與下降沿，手按下時啟動，手松开下降沿赋值0给D1846与D1926,实现点动功能
4手摇轮的控置
点击人机上的手摇轮进入手摇轮画面，对应手摇轮模式，分别为对D1846赋值为H20,D1926赋值为H20,相应的电子齿轮比分别为D1858,D1938.，在人机上选择好相应的倍率，摇动手摇编码器，就可精确的按照设定的倍率前后移动了。
由于程序中对X轴，Z轴的控制命令，都是对命令寄存器D1846,D1926赋值，几个模式之间一定要通过设定标志位，通过逻辑切换，一定做到各不干扰，互相锁定。
在手摇轮模式下齒輪比太大，比如1:
500，1:
1000，或1:
10000，等，会出现输出滯后的现象，手摇轮停止，而输出可能仍然不停。
处理方法是需相應增大激活頻率，及降低升降速時間，激活頻率增大最有效，默認為零，可相應設為10K,50K，100K,需注意如果激活頻率太大會有機械一頓一頓的現象。
需选择合适的值，在正常單運轉時在通過邏輯切回。
（2）自动說明
以客户一加工工件为例，客户需在一工件上钻30个平底盲孔，孔深度为30MM,
按启动后，主轴旋转，主轴转速可由20PM，通过485串口与变频通讯设定，待主轴即达到额定转速时，启动运动子程序，前面介绍过运动子程序的输入方法，X、Y轴同时运转到第一加工工位，也就是第一个孔的X、Y工件坐标值，此时冷却液打开、Z轴快速下降到加工区，即铣刀端面即将触及工件加工面，迅速变用缓慢的工进速度开始钻削加工。
当加工深度到达设定深度（3mm）时，Z轴带动铣刀迅速抬起，抬起的高度为铣刀端面水平方向上碰触不到工件为准。
计数器加1后程序进行比较运算，判断加工是否完了，如否，则X、Y轴继续运转到下一加工工位，再重复Z轴下降加工动作。
如加工完了，产量计数器加数、主轴停转、冷却液关闭，同时发出5s声光报讯，用以提醒操作者，各轴移动到初始位：
Z轴到上端；X轴到左端；Y轴到外端。
卸下工件后，一个加工周期完成，装上工件再按启动即开始进行下一轮加工。
在本程序中轴的运动是通过G码完成，开关量如冷却液的打开与关闭，声光报警灯是通过M码完成，除了M2,与M102,是系统内部使用，其它所有M码可自由定义，在运动子程序里需用到的M码，必须在O100里定义好，比如定义M6为冷却液电磁阀打开，
M7为冷却液电磁阀关闭，M8为发出5s声光报讯。
下图为激活运动子程序OX0，
在OX0里，循环调用P0子程序，需注意的是P0子程序在运动子程序里调用的
才可以执行运动指令。
调用次数到了，退出OX
下图为P0子程序内容，主要是运动指令
上图为一个打孔周期过程，下个打孔过程只需在主程序里自动改变D200，D202的值即可，M6,M8当程序执行到此M码时会跳到O100主程序里，同时M1794ON,
D1703等于M码的标号，下图为调用M码的过程，执行打开润滑液，关闭润滑液
总结语
20PM,具有64K步程序容量,100段运动程序，完全满足不同加工需求；在20PM中最大可设置100种运动轨迹，同时利用64K的程序容量，预先将需要执行的各种不同运行曲线的G码存储在PLC中，当需要加工某种规格时，可以采用文本显示器、触摸屏等来调用。
脉冲输入输出采用差动方式，最高达500KHz，满足了绝大多数应用中速度的要求。
支持手摇轮应用，这是运动控制中的一个基本功能，可做一些手动的调整。
具备电子原点返回模式，在20PM内存中加入了原点记忆功能，只要设定了电子原点，即使设备断电，在下次上电后也可以轻松找到原点位置。
可连结EH2主机与所有扩充模块，20PM可以灵活配置，即可以接在EH2主机后作为专门定位扩展模块，也可以做为主机连接其他的模拟量等特殊功能模块。
支持PLC顺序语言及定位语言（G码与M码），实现了通用PLC与数控技术的一个完美结合。
配置运动轨迹的离线仿真功能，在实际加工前利用该项功能可以检查运动程序是否存在问题，可及时解决减少错误发生，
PLC产品处余强
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