NUM1040数控系统在轮辐旋压机上的应用特点
摘 要：本文论述了num1040数控系统在轮辐旋压机上的应用特点，以及采用样条曲线实现z轴与x轴和u轴同时插补功能,实现了复杂型面工件的旋压成形。并简述了机床的全自动控制过程及程序的编制。
前言
轮辐旋压机的总体设计思路是根据用户对设备提出的要求，结合轮辐旋压工艺的特点，借鉴国外同类型旋压机的特点，以及我所多年来旋压机设计和控制的经验来确定的。对于机床的一些特殊控制功能要求，我们进行了多方调研，zui后选择了num1040数控系统，系统的图形显示功能具有加工过程的模拟显示和旋压过程的实时轨迹跟踪显示，并且系统的开放性非常强，特别适合于机床的各种控制功能要求，实现了上料，卸料自动化。运行可靠的全自动循环加工程序实现了全自动加工，达到了每分钟加工一件产品的节拍要求，实现了大批量的生产。
1 机床总体结构
轮辐旋压机属中型强力旋压机。由主轴箱、主床身、横向进给伺服系统、纵向进给伺服系统、上料机械手、卸料装置、尾顶等机构构成。纵向伺服进给为z轴，横向两个旋轮呈180°布置，分别为x轴和u轴, 共用一个纵向进给轴。加工时横向x轴和u轴同时与纵向z轴进行插补，满足旋压工艺的要求。各部件结构如下：
1.1 横向伺服进给系统
横向伺服驱动系统，采用了放大器、伺服阀、油缸、横向滑体、旋轮构,通过光栅尺进行位置检测，实现闭环控制，与纵向伺服驱动系统相互插补，满足旋轮加工轨迹的要求。由于两个旋轮在旋压过程中，既有错距的需求又有同步的要求，这就要求每个旋轮各自与纵向进行相互插补，各走自己的旋压轨迹曲线。
1.2 纵向伺服进给系统
纵向伺服进给系统采用的驱动方式与横向进给系统相同，即放大器、伺服阀、油缸、纵向滑体机构，通过光栅尺进行位置检测，实现闭环控制，与横向伺服驱动系统相互插补，实现了每个旋轮加工轨迹的要求。
1.3 主轴系统
主轴系统由直流调速装置，直流主轴电机、编码器、机床主轴等部分构成。主轴转速采用三档机械变速，在每档之间实现无级调速，并具有恒线速功能，满足轮辐旋压工艺的要求，提高了工件表面质量。
1.4 上料系统
上料系统采用机械手自动上料，机械手是通过多个油缸驱动旋转轴、四连杆机构，实现机械手的上升、下降、旋转、夹紧、松开等动作。
1.5 卸料装置
在工件旋压结束后，尾顶、旋轮退回到原位后，顶料缸自动顶料后并退回，把旋制的工件从芯模上卸下来，并通过翻转油缸使卸料盘翻转一个角度，使工件滑到一定的位置，卸料油缸自动推走工件，工件滑动到卸料滑轨上，完成整个卸料过程。机床驱动部分控制框图见图1：
图1 驱动部分控制框图
2 控制方案制定
2.1 数控系统选择
根据旋压工艺的要求，在选择数控系统方面，我们进行了多方调研。num1040具有多种功能，如样条插补、加工曲线实时轨迹跟踪显示、紧急回退、主轴恒线速等，可以满足各种工艺要求。利用等价轴和样条插补功能的结合，可以实现x轴和u轴对z轴同时进行插补，满足复杂型面工件的加工要求，有利于程序的编制及工艺参数的调整；系统的图形显示功能可以模拟加工过程的模拟显示和加工过程的实时轨迹跟踪显示；主轴恒线速功能，可提高工件的加工精度。在加工和调试过程中，出现故障时，紧急回退功能防止了机床部件的损坏，保证了加工工件和调试过程中的安全性。
数控系统灵活的软件编程使工艺参数调整方便，节约了大量的工艺参数调整时间。数控系统可以存储几十个零件的加工程序，更换芯模后调出零件的加工程序，输入相应数据即可进行旋压加工，提高了生产效率。系统采用内装plc，通过分布式输入、输出模块实现开关量的采集和控制,系统采用友好的人机界面,所有的机床参数、实时信息、报警文本等都可在彩色监视器上显示,字母、数字及功能键可用于编程及设置；操作上具有自动方式、mdi方式、手动操作方式、返回参考点方式等多种方式。因此，我们选择了num1040数控系统。
2.2位置控制
位置控制采用光栅尺进行检测，分辨率可达0.001mm。控制模块zui大输出±10v的信号，控制轴的加，减速及运动过程。每个轴的每个方向都有两个相对于机床参考点的软限位和硬限位，软限位可在机床参数中随时设置并修改，硬限位可由plc编程来选择生效。
2.3 监控和诊断
机床的诊断分开机诊断和运行诊断，具体有以下几项：控制系统自身诊断，对主轴电机温度、电流和故障的诊断；液压系统的电机采用热继电器保护的监控，液压站、润滑液、冷却液液位、滤油系统、冷却系统、润滑系统堵塞、油温、冷却液温度的监控等。
控制系统持续不断的对nc、接口控制器和机床的故障进行监控，当故障发生时，首先中断加工过程，停止驱动，故障原因通过报警信息显示出来。排除故障后才能运行。
2.4 元器件选择
主轴电机采用强制风冷型，直流调速装置采用西门子产品，配电柜中的断路器、接触器、继电器、端子排、24v电源采用合资产品。其他各种温度、液位、行程开关、接近开关等检测传感器选择产品，数控柜采用温度调节机，强电柜采用过滤风扇散热，降低了故障率，保证了电气控制系统的稳定、可靠运行。
3 软件编程
3.1 循环程序控制框图
机床的自动化程度越高，生产效率越高，才能满足大批量生产要求。为此，机床采用自动上料、加工、卸料、全自动循环加工方式。在卸料的同时机械手上料开始，复合动作比较多，机床的检测、互锁要求严格。为了方便用户的使用，机床操作根据动作要求编辑有主程序和几个子程序，用户可根据不同的加工工件及其加工工艺的要求，调出工件的加工程序，即可进行旋压加工。旋压机的自动加工程序可实现三种工作方式，分别为程序1、程序2、和程序3。
程序1:带机械手单件自动加工程序。该程序为按下自动加工开始按扭后执行（上料→加工工件→卸料），加工完一个工件后程序自动结束。
程序2:不带机械手单件自动加工程序。该程序为按下自动加工开始按扭后执行（尾顶进→防护罩进→加工工件→卸料），加工完一个工件后，程序自动结束。
程序3:带机械手全自动循环加工程序。该程序为按下自动加工开始按扭后程序自动执行（上料→加工工件→卸料）循环加工过程，如果要停止加工，按一下加工结束按扭。此时，程序不能马上停止，而是加工完zui后一个工件后自动停止加工。
程序1和程序2比较简单，只需按照动作顺序编制即可，而程序3比较复杂，在循环加工过程中，加工工件的同时，机械手要完成下一个工件的上料，而且在上料的同时又要完成卸料。在数控程序的编制中，由于每一条语句只能有一个模态和一个非模态的m指令，而该循环程序要求在加工工件的同时，既要有多种动作的同时进行，又要有多种动作的顺序执行，这样一来给循环程序的编制带来一定的难度。为了实现上述动作要求，在程序的编制中，利用了一些复合指令，即一个m指令完成多种动作。但执行此指令时对各动作的执行时间和位置检测要求严格。而且有时同一动作，执行时间和次数的不同，需要采用不同的m指令来实现同一动作。利用上述方法编制的程序，满足了循环加工的要求，实现了上料、加工、卸料同时自动进行，满足了每分钟旋制一件产品的要求。具体循环程序控制框图见图2。
图2 循环程序控制框图
3.2 加工程序的编制
由于轮辐的加工曲线比较复杂，属于不规则曲线，不能只采用标准的直线和圆进行编程，需要采用样条曲线进行编程，而标准的数控系统有些功能（如样条曲线）都是针对车床、铣床、磨床等标准机床实现的一些功能，轮辐旋压机属于机床，如何实现z轴 与x轴和u轴同时插补,实现复杂型面工件的旋压成形，对于编程是一个难点。为了实现上述功能，我们制定了三个方案，一种是采用点编程，此种方案各轴需要分别输入一百多个点，才能满足加工要求，这给用户将来编辑和修改程序带来了麻烦，容易输入错误，造成工件不合格。另一种是采用num*的动态操作功能，但此功能要求加工曲线必须有标准的计算公式，而且编程特别复杂，每一种产品都要重新计算，对于轮辐这种多品种的产品不适合。zui后经过试验，利用等价轴和样条插补功能的结合，实现了x轴和u轴对z轴同时进行插补，既满足了复杂型面工件的加工要求，又给用户将来编程带来了方便，用此方法编程，每种产品只需输入该曲线的起点和终点斜率，再输入十个点的数值即可。具体程序如下：
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 机床控制特点
4.1 旋压过程的实时轨迹跟踪显示功能
num系统的图形显示功能具有加工过程的模拟显示和旋压过程的实时轨迹跟踪显示功能。
加工过程模拟被用于检查程序是否按预期的（零件尺寸和指令顺序）在运行。被模拟的加工过程是在自动和单步方式下cnc所进行的实际加工过程为基础的，但在此过程中不会有轴的运动。模拟加工过程在自动方式下被执行的程序将一直运行到m02为止，在单步方式下按一下相应的按键，将执行一条语句。
旋压过程的实时轨迹跟踪可在图形方式下对工件的旋压阶段进行监控。显示页面将实时的显示出旋轮的移动情形。可以在加工过程中或之前的任何时候调用旋压过程的实时跟踪功能。当实时路径与程序路径不一致时，将用轴的测量值显示实际路径。
在进行工件加工轨迹跟踪期间，屏幕大小可以被重新计算，或自动缩放显示平面，将窗口的大小改变到显示细节所要求的尺寸。
4.2 紧急回退功能
紧急回退功能允许运动被中断，以便在故障发生后，旋轮能立即从工件处撤离，以免撞坏芯模。
紧急回退功能将执行一个由正在被执行的程序提供的预先计划好的回退过程。只要按一下相应的按扭，加工过程马上被中断，并按工件程序中定义的过程进行回撤。
5 结论
5.1 旋压机采用标准的num数控系统控制，是切实可行的。工艺参数调整方便，节约了大量的工艺调整时间。
5.2 利用等价轴和样条插补功能的结合，实现了x轴和u轴对z轴同时进行插补。简化了复杂曲线加工程序的编制。
5.3 运行可靠的全自动循环加工程序实现了全自动加工，满足了用户每分钟一件产品的加工要求，提高了生产效率。
5.4 数控系统持续不断的对nc接口控制器和机床的故障进行监控、诊断、报警，提高了机床运行的可靠性，稳定性。
初步验收的规范、标准有哪些？
Methyltetrazine-PEG8-NH2可以用于制备纳米结构
视频会议市场快速发展 新兴企业触动竞争格局变化
4Cr25Ni35NbW高温铸件
高压绝缘橡胶板规格参数
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各类液位计、物位仪表的优点介绍
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西门子模块数字量输入接线方法
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检测防水卷材的剥离性能的设备
蒸汽直埋保温管供应参数
钢结构防火涂料防火原理
小麦淀粉厂废水处理设备工艺流程和工艺标准
前言
轮辐旋压机的总体设计思路是根据用户对设备提出的要求，结合轮辐旋压工艺的特点，借鉴国外同类型旋压机的特点，以及我所多年来旋压机设计和控制的经验来确定的。对于机床的一些特殊控制功能要求，我们进行了多方调研，zui后选择了num1040数控系统，系统的图形显示功能具有加工过程的模拟显示和旋压过程的实时轨迹跟踪显示，并且系统的开放性非常强，特别适合于机床的各种控制功能要求，实现了上料，卸料自动化。运行可靠的全自动循环加工程序实现了全自动加工，达到了每分钟加工一件产品的节拍要求，实现了大批量的生产。
1 机床总体结构
轮辐旋压机属中型强力旋压机。由主轴箱、主床身、横向进给伺服系统、纵向进给伺服系统、上料机械手、卸料装置、尾顶等机构构成。纵向伺服进给为z轴，横向两个旋轮呈180°布置，分别为x轴和u轴, 共用一个纵向进给轴。加工时横向x轴和u轴同时与纵向z轴进行插补，满足旋压工艺的要求。各部件结构如下：
1.1 横向伺服进给系统
横向伺服驱动系统，采用了放大器、伺服阀、油缸、横向滑体、旋轮构,通过光栅尺进行位置检测，实现闭环控制，与纵向伺服驱动系统相互插补，满足旋轮加工轨迹的要求。由于两个旋轮在旋压过程中，既有错距的需求又有同步的要求，这就要求每个旋轮各自与纵向进行相互插补，各走自己的旋压轨迹曲线。
1.2 纵向伺服进给系统
纵向伺服进给系统采用的驱动方式与横向进给系统相同，即放大器、伺服阀、油缸、纵向滑体机构，通过光栅尺进行位置检测，实现闭环控制，与横向伺服驱动系统相互插补，实现了每个旋轮加工轨迹的要求。
1.3 主轴系统
主轴系统由直流调速装置，直流主轴电机、编码器、机床主轴等部分构成。主轴转速采用三档机械变速，在每档之间实现无级调速，并具有恒线速功能，满足轮辐旋压工艺的要求，提高了工件表面质量。
1.4 上料系统
上料系统采用机械手自动上料，机械手是通过多个油缸驱动旋转轴、四连杆机构，实现机械手的上升、下降、旋转、夹紧、松开等动作。
1.5 卸料装置
在工件旋压结束后，尾顶、旋轮退回到原位后，顶料缸自动顶料后并退回，把旋制的工件从芯模上卸下来，并通过翻转油缸使卸料盘翻转一个角度，使工件滑到一定的位置，卸料油缸自动推走工件，工件滑动到卸料滑轨上，完成整个卸料过程。机床驱动部分控制框图见图1：
图1 驱动部分控制框图
2 控制方案制定
2.1 数控系统选择
根据旋压工艺的要求，在选择数控系统方面，我们进行了多方调研。num1040具有多种功能，如样条插补、加工曲线实时轨迹跟踪显示、紧急回退、主轴恒线速等，可以满足各种工艺要求。利用等价轴和样条插补功能的结合，可以实现x轴和u轴对z轴同时进行插补，满足复杂型面工件的加工要求，有利于程序的编制及工艺参数的调整；系统的图形显示功能可以模拟加工过程的模拟显示和加工过程的实时轨迹跟踪显示；主轴恒线速功能，可提高工件的加工精度。在加工和调试过程中，出现故障时，紧急回退功能防止了机床部件的损坏，保证了加工工件和调试过程中的安全性。
数控系统灵活的软件编程使工艺参数调整方便，节约了大量的工艺参数调整时间。数控系统可以存储几十个零件的加工程序，更换芯模后调出零件的加工程序，输入相应数据即可进行旋压加工，提高了生产效率。系统采用内装plc，通过分布式输入、输出模块实现开关量的采集和控制,系统采用友好的人机界面,所有的机床参数、实时信息、报警文本等都可在彩色监视器上显示,字母、数字及功能键可用于编程及设置；操作上具有自动方式、mdi方式、手动操作方式、返回参考点方式等多种方式。因此，我们选择了num1040数控系统。
2.2位置控制
位置控制采用光栅尺进行检测，分辨率可达0.001mm。控制模块zui大输出±10v的信号，控制轴的加，减速及运动过程。每个轴的每个方向都有两个相对于机床参考点的软限位和硬限位，软限位可在机床参数中随时设置并修改，硬限位可由plc编程来选择生效。
2.3 监控和诊断
机床的诊断分开机诊断和运行诊断，具体有以下几项：控制系统自身诊断，对主轴电机温度、电流和故障的诊断；液压系统的电机采用热继电器保护的监控，液压站、润滑液、冷却液液位、滤油系统、冷却系统、润滑系统堵塞、油温、冷却液温度的监控等。
控制系统持续不断的对nc、接口控制器和机床的故障进行监控，当故障发生时，首先中断加工过程，停止驱动，故障原因通过报警信息显示出来。排除故障后才能运行。
2.4 元器件选择
主轴电机采用强制风冷型，直流调速装置采用西门子产品，配电柜中的断路器、接触器、继电器、端子排、24v电源采用合资产品。其他各种温度、液位、行程开关、接近开关等检测传感器选择产品，数控柜采用温度调节机，强电柜采用过滤风扇散热，降低了故障率，保证了电气控制系统的稳定、可靠运行。
3 软件编程
3.1 循环程序控制框图
机床的自动化程度越高，生产效率越高，才能满足大批量生产要求。为此，机床采用自动上料、加工、卸料、全自动循环加工方式。在卸料的同时机械手上料开始，复合动作比较多，机床的检测、互锁要求严格。为了方便用户的使用，机床操作根据动作要求编辑有主程序和几个子程序，用户可根据不同的加工工件及其加工工艺的要求，调出工件的加工程序，即可进行旋压加工。旋压机的自动加工程序可实现三种工作方式，分别为程序1、程序2、和程序3。
程序1:带机械手单件自动加工程序。该程序为按下自动加工开始按扭后执行（上料→加工工件→卸料），加工完一个工件后程序自动结束。
程序2:不带机械手单件自动加工程序。该程序为按下自动加工开始按扭后执行（尾顶进→防护罩进→加工工件→卸料），加工完一个工件后，程序自动结束。
程序3:带机械手全自动循环加工程序。该程序为按下自动加工开始按扭后程序自动执行（上料→加工工件→卸料）循环加工过程，如果要停止加工，按一下加工结束按扭。此时，程序不能马上停止，而是加工完zui后一个工件后自动停止加工。
程序1和程序2比较简单，只需按照动作顺序编制即可，而程序3比较复杂，在循环加工过程中，加工工件的同时，机械手要完成下一个工件的上料，而且在上料的同时又要完成卸料。在数控程序的编制中，由于每一条语句只能有一个模态和一个非模态的m指令，而该循环程序要求在加工工件的同时，既要有多种动作的同时进行，又要有多种动作的顺序执行，这样一来给循环程序的编制带来一定的难度。为了实现上述动作要求，在程序的编制中，利用了一些复合指令，即一个m指令完成多种动作。但执行此指令时对各动作的执行时间和位置检测要求严格。而且有时同一动作，执行时间和次数的不同，需要采用不同的m指令来实现同一动作。利用上述方法编制的程序，满足了循环加工的要求，实现了上料、加工、卸料同时自动进行，满足了每分钟旋制一件产品的要求。具体循环程序控制框图见图2。
图2 循环程序控制框图
3.2 加工程序的编制
由于轮辐的加工曲线比较复杂，属于不规则曲线，不能只采用标准的直线和圆进行编程，需要采用样条曲线进行编程，而标准的数控系统有些功能（如样条曲线）都是针对车床、铣床、磨床等标准机床实现的一些功能，轮辐旋压机属于机床，如何实现z轴 与x轴和u轴同时插补,实现复杂型面工件的旋压成形，对于编程是一个难点。为了实现上述功能，我们制定了三个方案，一种是采用点编程，此种方案各轴需要分别输入一百多个点，才能满足加工要求，这给用户将来编辑和修改程序带来了麻烦，容易输入错误，造成工件不合格。另一种是采用num*的动态操作功能，但此功能要求加工曲线必须有标准的计算公式，而且编程特别复杂，每一种产品都要重新计算，对于轮辐这种多品种的产品不适合。zui后经过试验，利用等价轴和样条插补功能的结合，实现了x轴和u轴对z轴同时进行插补，既满足了复杂型面工件的加工要求，又给用户将来编程带来了方便，用此方法编程，每种产品只需输入该曲线的起点和终点斜率，再输入十个点的数值即可。具体程序如下：
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 机床控制特点
4.1 旋压过程的实时轨迹跟踪显示功能
num系统的图形显示功能具有加工过程的模拟显示和旋压过程的实时轨迹跟踪显示功能。
加工过程模拟被用于检查程序是否按预期的（零件尺寸和指令顺序）在运行。被模拟的加工过程是在自动和单步方式下cnc所进行的实际加工过程为基础的，但在此过程中不会有轴的运动。模拟加工过程在自动方式下被执行的程序将一直运行到m02为止，在单步方式下按一下相应的按键，将执行一条语句。
旋压过程的实时轨迹跟踪可在图形方式下对工件的旋压阶段进行监控。显示页面将实时的显示出旋轮的移动情形。可以在加工过程中或之前的任何时候调用旋压过程的实时跟踪功能。当实时路径与程序路径不一致时，将用轴的测量值显示实际路径。
在进行工件加工轨迹跟踪期间，屏幕大小可以被重新计算，或自动缩放显示平面，将窗口的大小改变到显示细节所要求的尺寸。
4.2 紧急回退功能
紧急回退功能允许运动被中断，以便在故障发生后，旋轮能立即从工件处撤离，以免撞坏芯模。
紧急回退功能将执行一个由正在被执行的程序提供的预先计划好的回退过程。只要按一下相应的按扭，加工过程马上被中断，并按工件程序中定义的过程进行回撤。
5 结论
5.1 旋压机采用标准的num数控系统控制，是切实可行的。工艺参数调整方便，节约了大量的工艺调整时间。
5.2 利用等价轴和样条插补功能的结合，实现了x轴和u轴对z轴同时进行插补。简化了复杂曲线加工程序的编制。
5.3 运行可靠的全自动循环加工程序实现了全自动加工，满足了用户每分钟一件产品的加工要求，提高了生产效率。
5.4 数控系统持续不断的对nc接口控制器和机床的故障进行监控、诊断、报警，提高了机床运行的可靠性，稳定性。
初步验收的规范、标准有哪些？
Methyltetrazine-PEG8-NH2可以用于制备纳米结构
视频会议市场快速发展 新兴企业触动竞争格局变化
4Cr25Ni35NbW高温铸件
高压绝缘橡胶板规格参数
NUM1040数控系统在轮辐旋压机上的应用特点
各类液位计、物位仪表的优点介绍
不锈钢蝶阀的特点
河北沧宇软连接厂家产品详解
细胞成管实验技术服务
变压器容量的选择
汽车连接器的标准对比
西门子模块数字量输入接线方法
红外二氧化碳传感器探头的特点及应用
全自动一体化净水设备的技术特性及运行操作
香油灌装生产线设备使你不会担忧油类的设备的品质和可靠
检测防水卷材的剥离性能的设备
蒸汽直埋保温管供应参数
钢结构防火涂料防火原理
小麦淀粉厂废水处理设备工艺流程和工艺标准