基于KND数控系统的主轴倍率PMC控制研究

龙勇云

（珠海城市职业技术学院 机电工程学院，广东 珠海 519090）

0 引言

在高速、高精、高质量发展的今天，数控机床已成为高端制造业的重要组成部分。数控机床的维修、维护和升级改造也成为了一个重要课题。而数控系统中的PMC模块控制着数控机床的主轴倍率、进给倍率、快速倍率、急停、润滑、冷却、加工中心换刀、排屑等重要功能。国内学者雷楠南［1－2］对FANUC0iD数控系统的工作方式、手轮倍率进行了编程研究；赵长明等［3］对FANUC进给倍率进行了编程研究；王文江等［4］分析了华中数控系统数控机床进给速度的调节及其控制方法；张红梅［5］分析了数控机床的8种操作模式以及PMC如何进行编程可使机床处于当前需要的工作状态。还有一些对安全门防护、车床刀架如何实现换刀控制以及数控系统信号显示的研究［6－8］。

KND（凯恩帝）数控系统、广州数控系统和华中数控系统都是优秀的国产数控系统，在大力弘扬自主创新、发展自有品牌的大背景下，对国产数控系统的研究、应用以及对国产数控机床的升级改造显得越来越重要。主轴倍率控制是数控系统的一个重要功能，本文以主轴倍率控制为例，详细讲解如何实现基于KND数控系统的主轴倍率控制。

1 数控系统PMC信号介绍

所谓PMC（Programmable Machine Controller）就是利用内置在CNC的PC（Programmable Controller）执行机床的顺序控制的可编程机床控制器。数控机床的顺序控制有主轴正反转、换刀、冷却、润滑、照明、排屑等。数控机床顺序控制处理的信号都为开关量。

数控机床分为NC侧（系统侧）和MT侧（机床侧）两大部分。NC侧包括CNC系统的硬件和软件，以及与CNC系统连接的外围设备，如显示器、MDI面板等。MT侧则包括机床机械部分及其冷却、润滑、排屑等辅助装置，以及机床操作面板、继电器电路、机床强电电路等。

数控系统的信号交换以PMC为中心，CNC、PMC和MT之间的信号交换如图1所示。G信号是PMC发给CNC的信号，主要是使CNC改变或执行某种运行的控制信号，在KND系统中如G27.4表示急停信号，G27.5表示进给保持。F信号是CNC发给PMC的信号，主要反映CNC运行状态或运行结果的信号，比如F0.5表示循环启动，F0.6表示伺服准备好。X信号是MT发给PMC的信号，主要是机床操作面板。按钮或其他行程开关等的输入信号，如急停按钮信号，行程开关信号。Y信号是PMC发给MT的信号，主要是机床执行元件的控制信号，以及状态和报警指示等，如照明输出，冷却液，主轴松刀。PMC中也有R、T、C、D、K等继电器，R表示内部继电器，T表示计时器，C表示计数器，D表示数据寄存器，K表示保持继电器，K参数可以人为设定，一般用来屏蔽或选通某种信号。

图1 CNC、PMC和MT间的信号关系

2 主轴倍率PMC编程输入、输出信号分析

在KND数控系统中，主轴倍率有50%、60%、70%、80%、90%、100%、110%和120%总共8种，机床主轴实际转速等于设定转速乘以倍率。根据实际加工状态可以适时调整倍率，以保证加工质量。那么数控系统在工作时到底处于何种倍率，如何使旋钮旋至50%主轴倍率就减少一半，这主要是由G信号中的G10决定。信号G10占用1个字节存储单元，1个字节有8位，每一位要么是0，要么是1。G10的低三位的组合有8种，二进制000到111，而主轴倍率刚好也是8种。所以，用G10后三位的状态来对应不同的主轴倍率，如当G10的后三位组合是000时，对应的主轴倍率是100%，当G10后三位组合是101时，对应的主轴倍率是120%，详细的G10后三位不同组合对应不同的主轴倍率如图2所示，其中助记符SOVA、SOVB、SOVC分别表示 G10.0、G10.1、G10.2。在数控机床操作面板上有个旋钮开关，这个旋钮开关就是一个输入信号X，本文中假设使用的输入信号是X20，主轴倍率旋钮开关也有50%至120%共8个不同位置状态，每个状态用二进制000、001、010、011、100、101、110、111表示，即用十进制的0至7表示，如图3所示。当旋钮开关旋至50%位置时，X20低三位状态是000；当旋钮开关旋至60%时，X20低三位状态是001。但是，如何建立起输入信号X20与倍率控制信号G10之间的对应关系就成为了一个需要重点解决的问题。

图2 G10主轴倍率定义

图3 输入信号X定义

3 主轴倍率PMC编程

分析主轴倍率控制过程，当旋钮开关旋至相应的倍率，数控机床的主轴转速即为设定转速乘以相应的倍率，从而实现主轴转速的增大或减小。即当旋钮旋至50%时，X20的低三位输入为000，G10低三位为111；当旋钮旋至60%时，X20的低三位输入为001，G10低三位为110；当旋钮旋至70%时，X20的低三位输入为010，G10低三位为010；当旋钮旋至80%时，X20的低三位输入为011，G10低三位为011；当旋钮旋至90%时，X20的低三位输入为100，G10低三位为001；当旋钮旋至100%时，X20的低三位输入为101，G10低三位为000；当旋钮旋至110%时，X20的低三位输入为110，G10低三位为100；当旋钮旋至120%时，X20的低三位输入为111，G10低三位为101。进一步分析，也就是当X20的低三位为0、1、2、3、4、5、6、7时，G10的低三位对应为7、6、2、3、1、0、4、5。本文中，使用COD代码变换指令来建立X20与G10之间的对应关系，主轴倍率PMC控制程序如图4所示。PMC程序中，R0.1表示一个恒1信号，R0.0表示恒0信号。程序第一行将X20的值赋给中间寄存器R100。程序第二行是整个控制程序的关键点，这一步实现的是 R100为0、1、2、3、4、5、6、7时，R120对应为7、6、2、3、1、0、4、5。程序第三行使用逻辑乘将 G10低三位清零，方便第四行执行逻辑或。程序第四行使用逻辑或将R120的值映射给G10。综上所述，当旋钮旋至50%时，当X20等于0，G10等于7，从而实现了主轴倍率的控制。最后使用KND PLC软件将程序写入数控系统，经试验验证，能够实现主轴倍率控制。

图4 主轴倍率PMC控制程序

4 结论

本文通过分析KND数控系统主轴倍率控制信号G10与输入信号X，通过编制PMC程序，建立起倍率旋钮X输入信号与主轴倍率G信号之间的对应控制关系，从而实现了机床主轴倍率PMC控制，为数控机床维修、调试和升级改造打下了基础。