独家分享:台达AS在数控加工中心的五轴联动控制,刀具补偿...

今天我们来聊聊数控加工中心的五轴联动控制，重点介绍台达AS系列PLC在这方面的应用，以及刀具补偿算法的实现。

这个话题虽然听起来很高大上，但其实原理并不复杂，让我们一步步来剖析。

1.

五轴联动的基本概念

五轴联动，顾名思义就是五个轴同时运动。

在数控加工中心里，这五个轴通常是X、Y、Z三个直线轴，再加上A、B或C中的两个旋转轴。

想象一下，如果你的手臂能同时前后、左右、上下移动，还能绕着两个方向旋转，那就差不多是五轴联动的感觉了。

为什么需要五轴联动？简单来说，就是为了加工更复杂的形状。比如说，你想雕刻一个栩栩如生的人脸，仅靠三个方向的移动是远远不够的，还需要刀具能灵活地调整角度。

2.

台达AS系列PLC在五轴控制中的应用

台达的AS系列PLC以其强大的运算能力和丰富的运动控制功能，成为了五轴联动控制的好帮手。下面是一个简化的系统框图：

[AS系列PLC]<--->[驱动器1]<--->[X轴电机]<--->[驱动器2]<--->[Y轴电机]<--->[驱动器3]<--->[Z轴电机]<--->[驱动器4]<--->[A轴电机]<--->[驱动器5]<--->[B轴电机]

AS系列PLC通过高速通信总线(如EtherCAT)与各个驱动器相连，实现对五个轴的精确控制。

3.

五轴联动的核心算法

五轴联动的核心在于插补算法。简单来说，插补就是计算出从起点到终点之间的所有中间点。对于五轴来说，这个计算就变得相当复杂了。

以下是一个简化的五轴线性插补算法示例：

LDSM0MOVD100000，D0//X轴目标位置MOVD200000，D2//Y轴目标位置MOVD150000，D4//Z轴目标位置MOVD45000，D6//A轴目标位置(度数1000)MOVD30000，D8//B轴目标位置(度数1000)

MOVD10000，D10//插补时间(ms)

DMOVD0，D100//将目标位置复制到中间变量DMOVD2，D102DMOVD4，D104DMOVD6，D106DMOVD8，D108

LDM0//启动插补的触发条件SETM100//设置插补进行标志

LDM100INCD200//插补计数器

DIVD200，D10，D202//计算插补比例

MULD0，D202DIVD10，D300//X轴当前插补位置

MULD2，D202DIVD10，D302//Y轴当前插补位置

MULD4，D202DIVD10，D304//Z轴当前插补位置

MULD6，D202DIVD10，D306//A轴当前插补位置

MULD8，D202DIVD10，D308//B轴当前插补位置

//发送位置指令到各轴驱动器MOVDD300，Y0//X轴位置指令MOVDD302，Y4//Y轴位置指令MOVDD304，Y8//Z轴位置指令MOVDD306，Y12//A轴位置指令MOVDD308，Y16//B轴位置指令

LDD200GED10RSTM100//插补结束，复位标志



这段程序实现了一个简单的五轴线性插补。它将五个轴的目标位置按时间均匀分配，生成中间点位置。

注意事项：

1.实际应用中，还需要考虑加速度和减速度，以实现平滑运动。2.旋转轴的插补需要特别注意角度的计算，避免出现超过360度的情况。3.高速运动时，需要考虑前瞻算法，提前规划运动轨迹。

4.

刀具补偿算法

刀具补偿是数控加工中的重要环节。它解决了刀具半径和长度对加工精度的影响。

以下是一个简化的刀具半径补偿算法：

LDSM0MOVD5000，D1000//刀具半径(单位：0.001mm)

LDM200//启动补偿的触发条件CALLSUB_COMP//调用补偿子程序

SUB_COMP：LDD2000//加工路径方向(0：X方向，1：Y方向)EQ0ANDD2002//补偿方向(0：负向，1：正向)EQ0SUBD1000，D300//X轴补偿

LDD2000EQ0ANDD2002EQ1ADDD1000，D300//X轴补偿

LDD2000EQ1ANDD2002EQ0SUBD1000，D302//Y轴补偿

LDD2000EQ1ANDD2002EQ1ADDD1000，D302//Y轴补偿

RET

这个算法根据加工路径方向和补偿方向，对X轴或Y轴进行补偿。

注意事项：

1.实际应用中，需要考虑刀具磨损，动态调整补偿值。2.在拐角处理时，需要特别注意避免过切或欠切。3.对于复杂曲面，可能需要使用更高级的补偿算法，如NURBS插补。



5.

实际应用案例

假设我们要加工一个复杂的涡轮叶片。这种工件表面曲率变化大，传统三轴加工难以保证精度。使用五轴联动，我们可以让刀具始终保持与加工表面垂直，大大提高加工精度和效率。

具体步骤如下：

1.利用CAM软件生成五轴加工路径。2.将加工路径转换为PLC可识别的指令序列。3.PLC根据指令序列，使用上述插补算法计算每个轴的运动轨迹。4.在运动过程中，实时进行刀具补偿，确保加工精度。

关键点：在加工过程中，需要实时监控各轴的位置和速度，确保同步性。任何一个轴的误差都可能导致整个工件的报废。

6.

常见问题和解决方案

1.问题：五轴同步性差，导致加工表面不光滑。解决：检查PLC的扫描周期和通信周期，确保足够快。考虑使用更高性能的PLC或专用运动控制器。

2.问题：拐角处出现过切现象。解决：优化刀具补偿算法，在拐角处使用圆弧插补过渡。

3.问题：高速加工时出现轨迹偏离。解决：实现前瞻算法，提前规划减速点。考虑机床结构刚性，必要时降低进给速度。



4.问题：刀具补偿值漂移，影响加工精度。解决：实现在线检测系统，定期或实时测量刀具尺寸，动态调整补偿值。

7.

实操练习建议

1.从三轴联动开始，逐步过渡到五轴。可以先用三轴加两轴分度的方式模拟五轴加工。

2.使用仿真软件验证插补算法和补偿算法，观察刀具轨迹。

3.在实际加工前，使用白蜡或泡沫等软材料进行试切，方便观察和调整。

4.从简单几何形状开始，如球面、锥面，逐步过渡到复杂自由曲面。

5.学习使用刀路优化软件，生成更高效的五轴加工路径。

6.掌握常用的五轴加工策略，如点接触加工、线接触加工等。

7.研究不同刀具和加工参数对表面质量的影响，建立经验数据库。

五轴联动控制是一个复杂但极具挑战性的领域。

掌握了这项技术，你就掌握了数控加工的“神奇魔法”。

希望这篇文章能为你打开五轴加工的大门，激发你进一步探索的兴趣。

记住，理论结合实践，才能真正成为五轴控制的高手！

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