【正文】 化改造的需求 市場(chǎng)需求 機(jī)床數(shù)控化改造的市場(chǎng)大多數(shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大多數(shù)是傳統(tǒng)的機(jī)床，而且半數(shù)以上是役齡在10年以上的舊機(jī)床。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)向開(kāi)放、集成和智能化方向發(fā)展。2)智能化 為追求加工效率、加工質(zhì)量、驅(qū)動(dòng)性能、使用連接方便、簡(jiǎn)化編程操作、診斷、監(jiān)控的智能化，數(shù)控系統(tǒng)中應(yīng)具備自適應(yīng)控制、工藝參數(shù)自動(dòng)生成、前饋控制、電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算、自動(dòng)識(shí)別負(fù)載自動(dòng)選定模型、自整定、自動(dòng)編程、系統(tǒng)的診斷及維修等功能。而其中的數(shù)控裝置、主軸及驅(qū)動(dòng)等的MTBF就必須大于10萬(wàn)小時(shí)。3～5um，提高到177。超精密加工主要包括超精密切削(車(chē)、銑)、超精密磨削、超精密研磨拋光以及超精密特種加工(三束加工及微細(xì)電火花加工、微細(xì)電解加工和各種復(fù)合加工等)。新一代數(shù)控機(jī)床(含加工中心)只有通過(guò)高速化大幅度縮短切削工時(shí)才可能進(jìn)一步提高其生產(chǎn)率。 發(fā)展趨勢(shì) 為了滿足市場(chǎng)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要，為了達(dá)到現(xiàn)代制造技術(shù)對(duì)數(shù)控技術(shù)提出的更高的要求，當(dāng)前，世界數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展趨勢(shì)川主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面: 高速、高效、高精度、高可靠性 要提高加工效率，首先必須提高切削和進(jìn)給速度，同時(shí)，還要縮短加工時(shí)間。近10年來(lái)，年產(chǎn)值約為20億元。數(shù)控機(jī)床是由普通機(jī)床演變而來(lái)的。新型數(shù)控技術(shù)是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的機(jī)床控制新技術(shù)。采用數(shù)控機(jī)床提高機(jī)械加工效率，是當(dāng)前我國(guó)機(jī)械制造行業(yè)技術(shù)改造、技術(shù)更新的發(fā)展之路。米拉克龍機(jī)床公司制造的T40加工中心數(shù)控化改造工程研究的過(guò)程。桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文)題 目：加工中心控制系統(tǒng)改造研究院 （系）：桂林電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名： 曲津津 班 級(jí)： 20060197121 學(xué) 號(hào)： 2006019712105 指導(dǎo)教師： 劉建偉 2010年 3月30日 58 摘 要 數(shù)控機(jī)床是當(dāng)今機(jī)械制造業(yè)中實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的代表性先進(jìn)裝備。在分析原加工中心的數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、邏輯控制、機(jī)械結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)之上，利用SIEMENS840數(shù)控系統(tǒng)、SIMODRIVE 611D伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、SIMATIC S7300PLC對(duì)其進(jìn)行了改造并根據(jù)機(jī)床的具體配置和要求，對(duì)機(jī)床參數(shù)進(jìn)行正確設(shè)置和調(diào)試，改造后對(duì)企業(yè)的加工對(duì)象進(jìn)行了批量加工，運(yùn)行狀態(tài)良好，獲得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。新型數(shù)控機(jī)床和加工中心已成為柔性制造單元(FMC)、柔性制造系統(tǒng)((FMS)、乃至計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)((CIMS)和無(wú)人自動(dòng)工廠(FA)中不可缺少的基礎(chǔ)設(shè)備。小型計(jì)算機(jī)用于數(shù)控技術(shù)，使數(shù)控技術(shù)進(jìn)入了計(jì)算機(jī)數(shù)控((CNC–Computer Numerical Control)階段，它綜合運(yùn)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)、測(cè)量技術(shù)、信息處理技術(shù)和機(jī)械制造等最新成果。它的控制采用計(jì)算機(jī)數(shù)字控制方式，它各個(gè)坐標(biāo)方向的運(yùn)動(dòng)均采用單獨(dú)的伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，取代了普通機(jī)床上聯(lián)系各坐標(biāo)方向運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜齒輪傳動(dòng)鏈。機(jī)床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為6%。要確保加工質(zhì)量，必須提高機(jī)床部件運(yùn)動(dòng)軌跡的精度，而可靠性則是上述目標(biāo)的基本保證。超高速加工特別是超高速銑削與新一代高速數(shù)控機(jī)床特別是高速加工中心的開(kāi)發(fā)應(yīng)用緊密相關(guān)。 近10多年來(lái)，普通級(jí)數(shù)控機(jī)床的加工精度己由177。1～。 模塊化、智能化、柔性化和集成化 1)模塊化、專(zhuān)門(mén)化與個(gè)性化機(jī)床結(jié)構(gòu)模塊化，數(shù)控功能專(zhuān)門(mén)化，機(jī)床性能價(jià)格比顯著提高并加快優(yōu)化。 3)柔性化和集成化 數(shù)控機(jī)床向柔性自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)是:從點(diǎn)(數(shù)控單機(jī)、加工中心和數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床)、線(FMC, FMS, FTL, FML)向面(工段車(chē)間獨(dú)立制造島、FA)、體(CIMS、分布式網(wǎng)絡(luò)集成制造系統(tǒng))的方向發(fā)展，另一方面向注重應(yīng)用性和經(jīng)濟(jì)性方向發(fā)展。開(kāi)放性為適應(yīng)數(shù)控進(jìn)線、聯(lián)網(wǎng)、普及型個(gè)性化、多品種、小批量、柔性化及數(shù)控迅速發(fā)展的要求，最重要的發(fā)展趨勢(shì)是體系結(jié)構(gòu)的開(kāi)放性，美國(guó)、歐共體及日本相繼設(shè)計(jì)生產(chǎn)開(kāi)放式的數(shù)控系統(tǒng)。用這種裝備加工出來(lái)的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長(zhǎng)，從而在國(guó)際、國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，直接影響一個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品、市場(chǎng)、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展。但是有的引進(jìn)項(xiàng)目由于種種原因，設(shè)備或生產(chǎn)線不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，甚至癱瘓，使企業(yè)的效益受到影響，嚴(yán)重的使企業(yè)陷入困境。有的生產(chǎn)線的產(chǎn)品銷(xiāo)路很好，但是因?yàn)樵O(shè)備故障不能達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)。只要找出主要的技術(shù)難點(diǎn)，解決關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，就可以最小的投資盤(pán)活最大的存量資產(chǎn)，爭(zhēng)取到最大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。這是由于計(jì)算機(jī)有高超的運(yùn)算能力，可以瞬時(shí)準(zhǔn)確地計(jì)算出每個(gè)坐標(biāo)軸應(yīng)該運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)量，這就可以加工復(fù)雜的曲線和曲面。 4)可實(shí)現(xiàn)多工序的集中，減少零件在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)。 利用少量資金進(jìn)行數(shù)控化改造可以發(fā)揮明顯效益我們?cè)谛畔⒓夹g(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達(dá)國(guó)家落后20年。這些機(jī)床共同之處在于機(jī)械部分基本完好，精度較高，主要是由于數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題而又難以購(gòu)置配件，不能滿足正常生產(chǎn)的需要和現(xiàn)代高精度、高速度和高可靠性的加工要求。 利用國(guó)外先進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)，對(duì)機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造。特別是大型、特殊機(jī)床尤其明顯。改造則不然，可以精確地計(jì)算出機(jī)床的加工能力。 課題來(lái)源和研究的意義 來(lái)源上世紀(jì)80年代初，我國(guó)先后從日本、德國(guó)、美國(guó)等國(guó)家引進(jìn)一些先進(jìn)的CNC裝置和伺服系統(tǒng)的生產(chǎn)技術(shù)，并陸續(xù)投入了機(jī)床生產(chǎn)，配置并且引進(jìn)了大量當(dāng)時(shí)先進(jìn)昂貴的數(shù)控機(jī)床。米拉克龍機(jī)床公司產(chǎn)T40臥式加工中心是桂林機(jī)床股份有限公司從美國(guó)購(gòu)買(mǎi)的二手設(shè)備，購(gòu)置后一直未能正常使用，處于閑置，現(xiàn)需要對(duì)其進(jìn)行改造，完成后投入生產(chǎn)。驅(qū)動(dòng): 直流伺服電機(jī)。快速進(jìn)給：24000mm/min。 交換工作臺(tái) A, B兩個(gè)工作臺(tái)，由液壓油缸驅(qū)動(dòng)。從功能上，它可分成六個(gè)部分: 主軸運(yùn)行控制。 工作的意義桂林機(jī)床股份有限公司辛辛那提T40臥式加工中心就被公司列為首選改造的對(duì)象，該設(shè)備安裝投產(chǎn)后主要用于加工箱體類(lèi)零件、以及高精度和普通機(jī)床難以加工的工件。由于這些電氣設(shè)備己老化以及此數(shù)控系統(tǒng)的停產(chǎn)致使配件的維修更換費(fèi)用昂貴等，給設(shè)備的維修帶來(lái)了極大的困難，嚴(yán)重影響了公司的正常生產(chǎn)，故公司決定對(duì)該設(shè)備進(jìn)行徹底改造，恢復(fù)機(jī)床原有數(shù)控功能，保證自動(dòng)換刀可靠運(yùn)行，提高設(shè)備作業(yè)效率。改造過(guò)程中首先分析機(jī)床的特點(diǎn)，確定使用西門(mén)SINUMERIK 840D數(shù)控系統(tǒng)和SIMODRIVE 611D驅(qū)動(dòng)單元改造方案，并結(jié)合機(jī)床配置進(jìn)行機(jī)床參數(shù)設(shè)置。在整個(gè)項(xiàng)目的改造過(guò)程中主要完成以下幾方面的工作:在對(duì)加工中心的生產(chǎn)工藝、操作編程、技術(shù)性能指標(biāo)認(rèn)真分析的基礎(chǔ)之上，結(jié)合加工中心的實(shí)際情況提出改造選型方案和數(shù)控系統(tǒng)配置。根據(jù)機(jī)床的具體配置和要求，對(duì)機(jī)床參數(shù)進(jìn)行正確設(shè)置。加工中心原數(shù)控系統(tǒng)采用的是ACRAMATIC 950MC系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)單元為西門(mén)子公司直流伺服驅(qū)動(dòng)及電機(jī)，有的不能正常工作，有的缺少備件，機(jī)械部分基本完好?？蛐土⒅龗煜?、對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)，主軸為數(shù)控進(jìn)給主軸，閉環(huán)控制。主電機(jī)采用交流電機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)傳動(dòng)，X. Y, Z進(jìn)給坐標(biāo)采用直流伺服電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠無(wú)級(jí)傳動(dòng)，B, W坐標(biāo)采用直流伺服電機(jī)帶動(dòng)雙蝸桿傳動(dòng)、消除間隙、實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)傳動(dòng)。根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn)和機(jī)床的要求，調(diào)整系統(tǒng)機(jī)床參數(shù)。使數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)與機(jī)床其他部分之間協(xié)調(diào)一致工作。我國(guó)從事數(shù)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的公司起步較晚，雖然近幾年有很大發(fā)展，但與SIEMENS . FANTUC公司產(chǎn)品仍有較大差距。各坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)采用交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，保留原坐標(biāo)傳動(dòng)方式，X, Y, Z坐標(biāo)為滾珠絲杠，B, W坐標(biāo)為蝸輪蝸桿，各坐標(biāo)位置反饋采用光電編碼器替代原圓光柵。藍(lán)圖編程。具有手持操作單元。具有開(kāi)機(jī)潤(rùn)滑、手動(dòng)潤(rùn)滑、自動(dòng)潤(rùn)滑功能。機(jī)床的各個(gè)執(zhí)行部件在數(shù)控系統(tǒng)的統(tǒng)一指揮下，有條不紊地按給定程序進(jìn)行零件的切削加工，實(shí)現(xiàn)部分或全部控制功能。常用的輸入方式有鍵盤(pán)手動(dòng)輸入MDI,磁盤(pán)輸入、優(yōu)盤(pán)輸入、通信接口RS232輸入、連接上一級(jí)計(jì)算機(jī)的DNC接口輸入以及通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信方式輸入。它是在每個(gè)采樣周期內(nèi)，將插補(bǔ)計(jì)算的理論位置與實(shí)際反饋位置相比較，根據(jù)其差值去控制進(jìn)給電動(dòng)機(jī)，進(jìn)而控制機(jī)床工作臺(tái)(或刀具)的位移。7)診斷CNC系統(tǒng)利用內(nèi)部自診斷程序通過(guò)定時(shí)中斷掃描檢查CNC系統(tǒng)本身及外設(shè)。1) NC模塊其接口端如圖23所示，其中各接口端的意義如下:(1) X101操作面板接口端，該端口通過(guò)電纜與MMC(人機(jī)通信接口端)及機(jī)床操作面板聯(lián)接。圖22 SINUMERK 840D數(shù)控系統(tǒng)的基本構(gòu)成(5) X121多路輸入/輸出接口端，通過(guò)該端口數(shù)控系統(tǒng)可與多種外設(shè)聯(lián)接，如與控制進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的手輪、CNC輸入/輸出的聯(lián)接。(9) X173數(shù)控系統(tǒng)控制程序儲(chǔ)存卡插槽。 (4) X161電源模塊設(shè)定操作和標(biāo)準(zhǔn)操作選擇端口。3)伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 單軸伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊見(jiàn)圖25，雙軸伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊見(jiàn)圖26。 (4) X432高速輸入輸出接口端。840D系統(tǒng)軟件組成下面給出840D系統(tǒng)的軟件組成圖(圖28)和任務(wù)并行處理關(guān)系圖(圖29)。系統(tǒng)的管理部分包括輸入、1/0處理、顯示和診斷。并行處理 并行處理是指計(jì)算機(jī)在同一時(shí)刻或同一時(shí)間間隔內(nèi)完成兩種或兩種以上性質(zhì)相同或不相同的工作。資源重疊流水處理 當(dāng)CNC系統(tǒng)處在NC工作方式時(shí)，其數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換過(guò)程將由零件程序輸入、插補(bǔ)準(zhǔn)備(包括譯碼、刀具補(bǔ)償和速度處理)、插補(bǔ)、位置控制4個(gè)子過(guò)程組成。流水處理要求每個(gè)處理子過(guò)程的運(yùn)算時(shí)間相等。數(shù)控機(jī)床在加工零圖25單軸驅(qū)動(dòng)模塊611D 圖26雙軸驅(qū)動(dòng)模塊611D圖 27 840D典型接線圖件的過(guò)程中，有些控制任務(wù)具有較強(qiáng)的實(shí)時(shí)性要求。 內(nèi)部定時(shí)中斷 主要有插補(bǔ)周期定時(shí)中斷和位置采樣定時(shí)中斷。 840D數(shù)控系統(tǒng)的功能 采用SINUMERIK 840D數(shù)控系統(tǒng)、西門(mén)子611D伺服系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工功能。 SINUMERIK840D系統(tǒng)與SIMODRIVE611D伺服驅(qū)動(dòng)模塊及SIMATICS7300PLC模塊構(gòu)成的全數(shù)字化數(shù)控系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)鉆削、車(chē)削、銑削、磨削等數(shù)控功能，也能應(yīng)用于剪切、沖壓、激光加工等數(shù)控加工領(lǐng)域。其插補(bǔ)功能有樣條插補(bǔ)、三階多項(xiàng)式插補(bǔ)、控制值互聯(lián)和曲線表插補(bǔ)，這些功能為加工各類(lèi)曲線曲面類(lèi)零件提供了便利條件。 安全保護(hù)功能數(shù)控系統(tǒng)可通過(guò)預(yù)先設(shè)置軟極限開(kāi)關(guān)的方法，進(jìn)行工作區(qū)域的限制，當(dāng)超程時(shí)可以觸發(fā)程序進(jìn)行減速，對(duì)主軸的運(yùn)行還可以進(jìn)行監(jiān)控。此外，2個(gè)通用接口RS232可使主機(jī)與外設(shè)進(jìn)行通信，用戶還可通過(guò)磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器接口和打印機(jī)并行接口完成程序存儲(chǔ)、讀入及打印工作。此外，用PCIN軟件可以進(jìn)行串行數(shù)據(jù)通信，通過(guò)RS232接口可方便地使840D與西門(mén)子編程器或普通的個(gè)人電腦聯(lián)接起來(lái)，進(jìn)行加工程序、PLC程序、加工參數(shù)等各種信息的雙向通信。主要包括程序中的各種功能代碼M, S, T信息，手動(dòng)/自動(dòng)方式信息及各種使能信息等。主要用來(lái)控制機(jī)床的執(zhí)行元件，如電磁閥、繼電器、接觸器以及各種狀態(tài)指示和故障報(bào)警等?？刂评^電器、接觸器和電磁閥等輸出元件。另一類(lèi)是通過(guò)PLC控制的輔助功能(M, S, T等)信息。 (2)存儲(chǔ)器 PLC存儲(chǔ)器主要包括隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM和只讀存儲(chǔ)器ROM。 (3)輸入/輸出((I/O)模塊 I/O模塊是PLC與外部設(shè)備或現(xiàn)場(chǎng)1/O裝置之間進(jìn)行信息交換的橋梁。編程器分為簡(jiǎn)易型和智能型兩種。2)PLC的特點(diǎn)(1)可靠性高由于PLC針對(duì)惡劣的工業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)，在其硬件和軟件方面均采取了很多有效措施來(lái)提高其可靠性。(3)編程簡(jiǎn)單PLC沿用了梯形圖編程簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，易于現(xiàn)場(chǎng)操作人員理解和掌握。目前已能達(dá)到lOmin內(nèi)排除故障，恢復(fù)生產(chǎn)。掃描從OOOOH地址所存儲(chǔ)的第一條用戶程序開(kāi)始，順序進(jìn)行，直到存儲(chǔ)器結(jié)尾或用戶程序的最后一個(gè)地址為止，形成一個(gè)掃描循環(huán)，周而復(fù)始。完成自檢后，CPU又從存儲(chǔ)器的OOOOH地址重新開(kāi)始掃描運(yùn)行。其硬件和軟件都被作為CNC系統(tǒng)的基本功能與CNC系統(tǒng)統(tǒng)一設(shè)計(jì)制造的。 2)獨(dú)立型PLC 獨(dú)立型PLC是完全獨(dú)立于CNC裝置、具有完備的硬件和軟件功能、能夠獨(dú)立完成CNC系統(tǒng)規(guī)定控制任務(wù)的裝置。西門(mén)子公司的SIMATICS7300可編程序控制器如圖33所示。除了對(duì)機(jī)床各坐標(biāo)軸的位置進(jìn)行連續(xù)控制外，還對(duì)主軸啟動(dòng)和停止、刀庫(kù)及換刀機(jī)械手、工作臺(tái)托板交換、氣液壓、冷卻和潤(rùn)滑等輔助動(dòng)作進(jìn)行順序控制。這些開(kāi)關(guān)包括各類(lèi)控制開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)、壓力開(kāi)關(guān)和溫控開(kāi)關(guān)等。 S7300PLC技術(shù)性能與程序調(diào)整 840D數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部集成S7300型PLC，屬于獨(dú)立型。S7300系列的PLC是一種中型PLC.S7300采用模塊化設(shè)計(jì)，在一塊機(jī)架底板上可安裝電源、CPU、信號(hào)模板、通信處理器等多種模塊，其中CPU上有一標(biāo)準(zhǔn)化MPI接口，它既是編程接口，又是數(shù)據(jù)通行接口，使用S7協(xié)議，通過(guò)此接口PLC之間或與上位計(jì)算機(jī)之間都可進(jìn)行通信，從而組成多點(diǎn)接口MPI網(wǎng)絡(luò)。 S7系列PLC繼承了部分S5系列程序的組織結(jié)構(gòu)，又進(jìn)行了發(fā)展。 運(yùn)行S7: 新建一個(gè)Project，建好后，再File\Open\Library(在Browse下找到C:\Gp840D\Gp8xod53\Gp8xod)打開(kāi)Gp8xod中的Bausieine(德文=Blooks )，將GP8xod中的Bausieine中的所有塊復(fù)制到新建的Project下的Blooks中。