【正文】 服板。伺服板上有2個(gè)CPU(TMS320)，用于伺服的數(shù)字控制。 電池相連，關(guān)機(jī)時(shí)保存信息。此外，顯示的CRT控制也在該板上。基本配置有主板、存儲(chǔ)器板、I/O板、伺服軸控制板和電源。GSK980TD系統(tǒng)的可靠性好，性能/價(jià)格比高，在全國(guó)各地己銷售10余萬臺(tái)。主軸控制信號(hào)的傳送使用光纜，使信號(hào)免受外界干擾。 (3)全自動(dòng)化工廠生產(chǎn)制造：多層印刷板的制板、元件的插裝、焊接、印刷板的檢查、系統(tǒng)的組裝、電機(jī)投料、沖片、精鑄、機(jī)械加工、裝配、成品的包裝出廠全部為自動(dòng)化，這就使得在生產(chǎn)過程中避免了外界(人)的不穩(wěn)定因素的干預(yù)。常年的工作考臉證明GSK980TD系統(tǒng)是最可靠的數(shù)控系統(tǒng)之一，它能在一般車間環(huán)境下運(yùn)行。目前市場(chǎng)上流行的數(shù)控系統(tǒng)，如FANUC、西門子、GSK980TD等都配置有車床數(shù)控系統(tǒng)，能夠勝任車、削加工的大部分工作，并具有價(jià)格低廉、可靠性強(qiáng)、功能強(qiáng)大等特點(diǎn)。 (4)橫向進(jìn)給的直線度和運(yùn)動(dòng)精度全部有改造部分的制造和裝配精度保證。它可處理進(jìn)給速度，主軸速度及轉(zhuǎn)速方向，刀具信息，M功能等多種加工信息。本車床的X、Z兩軸進(jìn)給系統(tǒng)去掉了原來的進(jìn)給系統(tǒng)的中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，直接采用了步進(jìn)電機(jī)+剛性聯(lián)軸器+滾珠絲桿的傳動(dòng)方案。 (5)。 (2)運(yùn)動(dòng)控制卡：采用PCL運(yùn)動(dòng)控制卡，該卡是一種高速三軸步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制卡，它有16位的數(shù)字輸入、輸出口，可實(shí)現(xiàn)三軸聯(lián)動(dòng)。 (4)減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。圖14 半閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床實(shí)際位置的反饋是通過間接測(cè)得的伺服電動(dòng)機(jī)的角位移算出來的，因而控制精度沒有閉環(huán)高，但機(jī)床工作的穩(wěn)定性卻由于大慣盆工作臺(tái)被排除在控制環(huán)外，調(diào)試方便，因而廣泛用于數(shù)控機(jī)床中。圖13 閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床閉環(huán)控制可以消除包括工作臺(tái)傳動(dòng)鏈帶在內(nèi)的誤差，從而定位精度高、速度調(diào)節(jié)快，但由于工作臺(tái)慣量大，給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)整帶來很大的困難，主要是系統(tǒng)的穩(wěn)定性受到不利影響。如圖12所示。 (5)機(jī)床本體機(jī)床本體是數(shù)控機(jī)床的主體，是用于完成各種切削加工的機(jī)械部分。 (3)伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)是接受數(shù)控裝置的指令，驅(qū)動(dòng)機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的馭動(dòng)部件。位置控制和機(jī)床加工：位置控制的任務(wù)是在每個(gè)采樣周期內(nèi)，將插補(bǔ)計(jì)算出的指令位置與實(shí)際反饋位置相比較，用其差值去控制伺服電機(jī)，電動(dòng)機(jī)使機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件帶動(dòng)刀具相對(duì)于工件按規(guī)定的軌跡和速度進(jìn)行加工。譯碼：數(shù)控裝置接受程序，譯碼程序按照一定的語法規(guī)則將信息解釋成計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的數(shù)據(jù)形式。這些信息按一定的格式形成加工程序，通過數(shù)控系統(tǒng)的譯碼，從而使機(jī)床準(zhǔn)確地動(dòng)作和加工出優(yōu)質(zhì)的零件。它是利用數(shù)字化的信息對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)及加工過程進(jìn)行控制的一種方法。 經(jīng)過大量實(shí)踐證明普通機(jī)床數(shù)控化改造具有一定經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性和穩(wěn)定性。我國(guó)機(jī)床役齡10年以上的占60%以上；10年以下的機(jī)床中，自動(dòng)/半自動(dòng)機(jī)床不到20%，F(xiàn)MC/FMS等自動(dòng)化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)（美國(guó)和日本自動(dòng)和半自動(dòng)機(jī)床占60%以上）。為解決這些問題,必須對(duì)產(chǎn)品開發(fā)的整個(gè)過程綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù),發(fā)展優(yōu)化和仿真技術(shù),提高產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性能,并建立起基于并行工程(Concurrent Engineering)的使設(shè)計(jì)、工藝和制造人員協(xié)同工作和知識(shí)共享的產(chǎn)品虛擬開發(fā)環(huán)境,使用相應(yīng)的產(chǎn)品虛擬開發(fā)軟件，這樣才能有效地解決產(chǎn)品開發(fā)的落后局面,使企業(yè)取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。 (3) 用戶根據(jù)使用需要,在訂貨時(shí)往往提出一些特殊要求,甚至在產(chǎn)品即將投產(chǎn)時(shí)有的用戶臨時(shí)提出一些要求,這就需要迅速變型設(shè)計(jì)和修改相應(yīng)的圖紙及技術(shù)文件。具體地說,這個(gè)問題反映在下列五個(gè)方面: (1) 我國(guó)機(jī)床廠目前開發(fā)基型產(chǎn)品的周期約為15～18個(gè)月,其中設(shè)計(jì)時(shí)間約為5～8個(gè)月,占總周期的40%左右。 數(shù)控機(jī)床在我國(guó)的發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)是世界上機(jī)床產(chǎn)量最多的國(guó)家，但在國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中仍處于較低水平；即使國(guó)內(nèi)市場(chǎng)也面臨著嚴(yán)峻的形勢(shì),一方面國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)各類機(jī)床產(chǎn)品特別是數(shù)控機(jī)床有大量的需求,而另一方面卻有不少國(guó)產(chǎn)機(jī)床滯銷積壓,國(guó)外機(jī)床產(chǎn)品充斥市場(chǎng)?？梢?，機(jī)械制造工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門賴以發(fā)展的基礎(chǔ)，而機(jī)床則是機(jī)械制造工業(yè)的基礎(chǔ)。機(jī)床的母機(jī)屬性決定了它在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位。機(jī)床工業(yè)為各種類型的機(jī)械制造廠提供先進(jìn)的制造技術(shù)與優(yōu)質(zhì)高效的機(jī)床設(shè)備，促進(jìn)機(jī)械制造工業(yè)的生產(chǎn)能力和工藝水平的提高。一個(gè)國(guó)際機(jī)床工業(yè)的技術(shù)水平在很大程度上標(biāo)志著這個(gè)國(guó)家的工業(yè)生產(chǎn)能力和科學(xué)技術(shù)水平。90年國(guó)外數(shù)控機(jī)床在我國(guó)市場(chǎng)的占有率僅達(dá)15%左右,而95年已達(dá)77%。而國(guó)外一些先進(jìn)機(jī)床廠同類基型產(chǎn)品的開發(fā)周期為6～9個(gè)月,～2個(gè)月,只占25%。在國(guó)外,這項(xiàng)修改工作在計(jì)算機(jī)的輔助下一般僅需數(shù)天至一周,而在我國(guó)機(jī)床廠用手工操作就至少需1～2個(gè)月,且由于這些圖紙和文件涉及多個(gè)部門,常會(huì)出現(xiàn)漏改和失誤的現(xiàn)象,影響了產(chǎn)品的質(zhì)量和交貨期。 機(jī)床數(shù)控化改造的必要性我國(guó)目前機(jī)床總量380余萬臺(tái)，即我國(guó)機(jī)床數(shù)控化率不到3%。可見我們的大多數(shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大數(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。所以很多企業(yè)紛紛將現(xiàn)有機(jī)床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，這種做法具有投資少、見效快的特點(diǎn)。用數(shù)控技術(shù)實(shí)施加工控制的機(jī)床，或者說裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床稱為數(shù)控機(jī)床。數(shù)控機(jī)床工作時(shí)根據(jù)所輸入的數(shù)控加工程序，由數(shù)控裝里控制機(jī)床部件的運(yùn)動(dòng)零件加工輪廓，從而滿足零件形狀的要求。刀具補(bǔ)償：零件加工程序通常是按零件輪廓軌跡編制的。 數(shù)控機(jī)床的組成和分類數(shù)控機(jī)床一般由輸入輸出設(shè)備、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、測(cè)量反饋裝置和機(jī)床本體組成，見圖11： 圖11 數(shù)控機(jī)床的組成 (1)輸入輸出設(shè)備輸入輸出設(shè)備主要實(shí)現(xiàn)程序編制、程序和數(shù)據(jù)的輸入以及顯示、存儲(chǔ)和打印 。它包括伺服電路和伺服電機(jī)組成。按伺服系統(tǒng)的控制原理可分為：開環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床、半閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床和閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床。圖12 開環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床 (2)閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床這類機(jī)床帶有檢測(cè)裝置。 (3)半閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床半閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床與閉環(huán)控制得到數(shù)控機(jī)床的區(qū)別在于檢測(cè)反饋信號(hào)不是來自工作臺(tái)。 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn) (1)加工零件的適應(yīng)性強(qiáng)，靈活性好。 (5)生產(chǎn)管理水平高。因此，它可以滿足車床X、Z軸聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)直線，圓弧插補(bǔ)。 (6)各種限位開關(guān)：減速開關(guān)，回零開關(guān)均安裝在機(jī)床本體上，限位開關(guān)起著硬件硬限位的作用，當(dāng)車床加工工件超出加工范圍時(shí)，車床自動(dòng)停止加工。拆除原來的絲桿，增加少量的機(jī)械附件，就可安裝步進(jìn)電機(jī)及滾珠絲桿螺母副。加工過程中，軟件界面的狀態(tài)欄還可以顯示出刀具當(dāng)前的坐標(biāo)，加工狀態(tài)，加工時(shí)間等信息。 (5)可充分利用機(jī)床床身部分的已加工表面作為改造部分的定位和測(cè)量基準(zhǔn)。在對(duì)多家數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行比較后!我們選擇了GSK980TD型數(shù)控系統(tǒng)。其工作場(chǎng)地的室溫為045℃，相對(duì)濕度75%短時(shí)可達(dá)95%, ，電網(wǎng)電壓波動(dòng)為10%15%,經(jīng)對(duì)使用中系統(tǒng)的實(shí)際統(tǒng)計(jì)，比較好地滿足了我國(guó)市場(chǎng)的要求。所以產(chǎn)品的一致性好，增加了可靠性。 硬件結(jié)構(gòu)采用CISC（超大規(guī)模集成電路）技術(shù)的GSP主板，主板上連接可插接(分離的)小模板。隨著大規(guī)棋集成電路芯片的發(fā)展，GSK980TD系統(tǒng)的破件結(jié)構(gòu)已經(jīng)改進(jìn)過多次。各板插在主板上，與CPU的總線相連。 (2)存儲(chǔ)器板該板上有：①系統(tǒng)的控制軟件ROM(共5片)。 (3)I/O板該板是CNC單元與機(jī)床強(qiáng)電柜的接口，接收或輸出24V直流信號(hào)，由PMC實(shí)施輸入/輸出控制，I/O點(diǎn)數(shù)可根據(jù)機(jī)床的復(fù)雜程度選擇，標(biāo)準(zhǔn)配置為104個(gè)輸入點(diǎn)，72個(gè)輸出點(diǎn)。每個(gè)CPU控制2個(gè)軸，一塊板可控制4個(gè)軸。 (5)電源主要有5V直流電，用于各板的供電。這就提高了整個(gè)機(jī)床的可靠性。提高了數(shù)控系統(tǒng)的可靠性，如果機(jī)床的軸有問題，可以直接把軸模塊上的插頭相對(duì)換，就能很快的查出問皿所在(系統(tǒng)內(nèi)部或外部)。強(qiáng)大的通訊功能(RS232IRS4221RS485) ，邊加工邊傳輸功能。并且沒有固定的距離和補(bǔ)償值的限制。 (3)強(qiáng)大的編程軟件GSKCC軟件。調(diào)整NC的機(jī)床參數(shù)和伺服系統(tǒng)，圖形的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，強(qiáng)大的優(yōu)化功能，方便地調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)。顯示圖形必須用圖形控制板，該板為專用微機(jī)，CPU用80186。GSK980TD系統(tǒng)用梯形圖編制PMC順序邏輯程序。調(diào)試好的程序要用寫入器寫入EPROM。2種PMC的掃描周期均為I6ms。0C系統(tǒng)PMC可控制2個(gè)進(jìn)給軸。⑦菜單編程。CNC是本系統(tǒng)的核心部分，用以完成人機(jī)對(duì)話與通訊，解釋機(jī)械加工語言，分配加工任務(wù)，以及協(xié)調(diào)各功能模塊的工作等。選用IOO Opmr的編碼器，由于主軸大齒輪為128齒(m=5)，故編碼器前端齒輪選用20齒，:1,則主軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，編碼器將返回6400個(gè)脈沖，經(jīng)四分頻后，每轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)脈沖為25600，完全滿足數(shù)控系統(tǒng)對(duì)C軸的反饋精度要求。 (2)X軸,Z軸及主軸控制接口:用來控制X軸、Z軸伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)及主軸的轉(zhuǎn)速。輸出信號(hào)主要用于主軸的轉(zhuǎn)速控制，主軸的正、反轉(zhuǎn)或停止控制，主軸的冷卻液的開、閉控制，刀架正、反控制等，另外，輸入模塊除接受一般的24VDC開關(guān)量外，還可以接三線式的接近傳感器信號(hào)。 (7)，便于與其它模塊相連。 數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部總線上數(shù)據(jù)信息的傳輸數(shù)控系統(tǒng)與功能模塊間的數(shù)據(jù)交換可方便地利用總線進(jìn)行，系統(tǒng)中總線上的數(shù)據(jù)信息傳遞是通過公共數(shù)據(jù)區(qū)進(jìn)行的，如數(shù)控系統(tǒng)將數(shù)據(jù)寫入進(jìn)給控制模塊的公共數(shù)據(jù)區(qū)，供模塊內(nèi)CPU隨時(shí)讀取，同樣進(jìn)給控制模塊CPU發(fā)出數(shù)據(jù)信息也要寫入公共數(shù)據(jù)區(qū)，供數(shù)控系統(tǒng)隨時(shí)讀取?？刂茀?shù) :PID調(diào)節(jié)參數(shù)，行程極限，速度極限。數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出:主軸轉(zhuǎn)速設(shè)定值。對(duì)上列數(shù)據(jù)信息，根據(jù)其表示方式與內(nèi)容要求，在控制系統(tǒng)中為它們各自分配存儲(chǔ)空間，設(shè)計(jì)傳輸通道。由這些輸出變量對(duì)外圍設(shè)備進(jìn)行各種控制。(3)輸出部分z如接觸器、電磁閥等，它們直接與PLC輸出端子相連接，用以控制被控對(duì)象的動(dòng)作。 PLC與CNC機(jī)床的聯(lián)接方式CNC數(shù)控系統(tǒng)的控制信號(hào)有兩類:一類是高速信號(hào),主要用于各個(gè)坐標(biāo)軸的插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)?？删幊炭刂破髋cCNC機(jī)床的聯(lián)接方式本質(zhì)上是外電路聯(lián)接方法，系統(tǒng)I/0口發(fā)出控制指令，使可編程控制器輸入端無觸點(diǎn)開關(guān)通斷，通過CNC數(shù)控完成可編程控制器對(duì)機(jī)床強(qiáng)電的邏輯控制。結(jié)合該機(jī)床控制操作的自身特點(diǎn)要求，在機(jī)床面板上定義了一些操作鍵，完全滿足了機(jī)床控制的要求。在接觸移線翻電路中加有互鎖保護(hù)觸點(diǎn)。 CNC加工代碼在PLC上的實(shí)現(xiàn)方法目前，數(shù)控機(jī)床程序中，有關(guān)機(jī)床坐標(biāo)系約定、準(zhǔn)備功能、輔助功能、刀具功能及程序格式等方面已趨于統(tǒng)一，形成了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，即所謂的CNC機(jī)床ISO代碼，在一個(gè)加工程序中包含許多程序段，每個(gè)段又由若干字組成，每I個(gè)字表示一種功能，歸納起來有4種:一種是準(zhǔn)備功能，即所謂的O代碼。M功能主要控制機(jī)床強(qiáng)電部分，包括主軸換向、冷卻液開關(guān)等功能。換刀過程如下:運(yùn)行數(shù)控程序，發(fā)出某個(gè)刀具號(hào)的換刀指令，對(duì)應(yīng)的數(shù)控裝里I/0口變?yōu)樯屉娖剑筆LC輸入端的軟開關(guān)接通，換刀電機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)在刀架上的干贊管觸點(diǎn)開關(guān)接通后換刀電機(jī)反轉(zhuǎn)，使刀架下落壓緊，當(dāng)壓緊力足夠大時(shí)，徽動(dòng)開關(guān)接通，換刀電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。(1)公共信號(hào)模塊:主要處理PLC與NC之間的接口信號(hào)。模塊中包括伺服主軸和變頻主軸兩種控制邏輯，可通過修改PLC參數(shù)進(jìn)行切換。并將運(yùn)算結(jié)果暫存于中間邏輯地址。數(shù)據(jù)的交換不需要經(jīng)過輸入輸出卡，而是山自動(dòng)控制功能直接進(jìn)行的。詳細(xì)如表42:表4—2輸入/輸出(I/O)卡接口變量 輸入點(diǎn)變量說明變量說明%+X限位%四號(hào)刀位%X限位%刀架正位%+Z限位%主軸電源無故障%Z限位%主軸伺服準(zhǔn)備好%X參考15%主軸轉(zhuǎn)速過低%Z參考點(diǎn)%伺服電源準(zhǔn)備好%C參考點(diǎn)%X軸模塊準(zhǔn)備好%急停%Z軸模塊準(zhǔn)備好%一號(hào)刀位%PLC無故障%二號(hào)刀位%低泊位%三號(hào)刀位%一般故障輸出點(diǎn)變量說明變量說明%PLC準(zhǔn)備好%主軸伺服電源%C軸參考點(diǎn)%伺服電源%X軸使能%主軸風(fēng)扇%Z和！1使能%潤(rùn)滑電機(jī)%CNC故障%冷卻%一般故障%手動(dòng)潤(rùn)滑%主軸報(bào)警%刀架正轉(zhuǎn)%伺服報(bào)警%刀架反轉(zhuǎn)%限位報(bào)警%主軸電源使能%低泊位顯示圖41 程序起?？刂铺菪螆D當(dāng)按下CYCLE START鍵，且三軸(X,Z ,C )使能都加上時(shí)，發(fā)出循環(huán)脈沖，CYCLE=1,當(dāng)循環(huán)燈沒亮，且循環(huán)在進(jìn)行時(shí)，CYCLE START燈亮。圖42 刀架正轉(zhuǎn)梯形圖圖43 換刀梯形圖報(bào)警等控制程序主要有CNC狀態(tài)報(bào)警、一般故障報(bào)警、低油位報(bào)警、伺服報(bào)警、主軸報(bào)警等(圖44)。機(jī)械系統(tǒng)中常用的無級(jí)變速裝置有以下三種。另外，它的變速范圍小，通常變速范圍Rb為4～6，少數(shù)可達(dá)10～15，因此，為了滿足執(zhí)行件變速范圍的需要，常串聯(lián)有級(jí)變速機(jī)構(gòu)（如齒輪變速箱）。如刨床、拉床的主運(yùn)動(dòng)以及組合機(jī)床的動(dòng)力滑臺(tái)等。而對(duì)于數(shù)控機(jī)床的直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，則要求在整個(gè)變速范圍內(nèi)為恒轉(zhuǎn)矩，此時(shí)可通過簡(jiǎn)單的固定傳動(dòng)鏈與執(zhí)行件相連來滿足要求。如果機(jī)械系統(tǒng)的執(zhí)行件要求以某一固定的轉(zhuǎn)速（速度）工作，則連接動(dòng)力源與執(zhí)行件的傳動(dòng)系統(tǒng)屬于固定傳動(dòng)比的傳動(dòng)系統(tǒng)，既該系統(tǒng)是由若干個(gè)固定傳動(dòng)比串聯(lián)組成。這種變速方式是在大、中型數(shù)控機(jī)床中采用較多的一種變速方式，常通過幾對(duì)齒輪降速，增大輸出扭矩，以滿足主軸輸出扭矩特性的要求。我設(shè)計(jì)的數(shù)控儀表車床其工作時(shí)間一般較長(zhǎng)，溫升可以達(dá)到穩(wěn)定值，電機(jī)的負(fù)載可能是恒定或大小基本恒定的常值負(fù)載或變化負(fù)載，因此屬于連續(xù)工作方式。m，178。箱體鑄造時(shí)的最小壁厚根據(jù)其外形輪廓尺寸而定，其外形尺寸為長(zhǎng) 寬 高500 500 300mm。由于箱體軸承孔的影響，將使扭轉(zhuǎn)剛度下降，彎曲