【正文】 000rpm。(3)為了更好地使齒輪嚙合，在液壓缸和電磁電機(jī)動(dòng)作過(guò)程中，控制主軸做輕微的來(lái)回?cái)[動(dòng)，這樣可以縮短換檔時(shí)間，同時(shí)也避免齒輪硬頂造成撞傷和精度損壞。其控制框圖如圖42所示。直流大慣量伺服電機(jī)具有良好的寬調(diào)速性能，輸出轉(zhuǎn)矩大，過(guò)載能力強(qiáng)，而且，由于電機(jī)慣性與機(jī)床傳動(dòng)部件的慣量相當(dāng)，構(gòu)成閉環(huán)后易于調(diào)整。動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)含自然頻率、阻尼比或過(guò)渡時(shí)間、超調(diào)量等。當(dāng)Ks取值為(8～50)s1時(shí)，則稱為軟伺服。一般二階及二階以上的系統(tǒng)接收到一個(gè)突變的指令時(shí)，其輸出在一個(gè)短暫的時(shí)間內(nèi)可能會(huì)超過(guò)最終的輸出值，這個(gè)超出最終值的量的最大值即為超調(diào)量。通常，脈沖當(dāng)量越小，機(jī)床的位移精度越高。 永磁式同步型交流伺服電動(dòng)機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)有: 1)可靠性高，易維護(hù)保養(yǎng)。交流主軸電動(dòng)機(jī)多采。在進(jìn)給伺服系統(tǒng)中，大多數(shù)采用同步型交流伺服電動(dòng)機(jī)，它的轉(zhuǎn)速是由供電頻率所決定，即在電源電壓和頻率不變時(shí)，它的轉(zhuǎn)速恒定不變。伺服系統(tǒng)的位移精度是指指令要求機(jī)床工作臺(tái)進(jìn)給的位移量和該指令脈沖經(jīng)伺服系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為工作臺(tái)實(shí)際位移量之間的符合程度。 調(diào)整時(shí)間是指系統(tǒng)輸入從零突變?yōu)榉€(wěn)態(tài)值時(shí)，系統(tǒng)輸出達(dá)到最終輸出值的90%時(shí)所需要的時(shí)間。為了減小速度跟蹤誤差，必須增大系統(tǒng)增益Ks。 交流伺服系統(tǒng)的性能指標(biāo) 交流伺服系統(tǒng)的性能指標(biāo)包括靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩方面。圖43數(shù)控機(jī)床半閉環(huán)控制框圖 目前，中高檔的數(shù)控機(jī)床大多數(shù)采用閉環(huán)、半閉環(huán)控制，T40臥式加工中心采用閉環(huán)控制。圖41數(shù)控機(jī)床開環(huán)控制圖閉環(huán)控制(Closed Loop Control)數(shù)控機(jī)床這類數(shù)控機(jī)床帶有位置檢測(cè)反饋裝置。主軸自動(dòng)換檔PLC程序設(shè)計(jì)中，必須注意的是:(1)為了使主軸換檔不致于混亂，在PLC程序的初始化模塊中，使系統(tǒng)一通電就掃描加工中心檔位檢測(cè)開關(guān)，在數(shù)據(jù)塊中設(shè)置“當(dāng)前檔位”，對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行初始化。NCK控制系統(tǒng)依據(jù)不同的檔位給主軸驅(qū)動(dòng)裝置發(fā)出不同的指令電壓，對(duì)應(yīng)主軸電動(dòng)機(jī)不同的轉(zhuǎn)速。圖37程序塊FC81, FC71和FC70的取刀、換刀和送刀控制流程圖 圖38中，當(dāng)執(zhí)行M60指令后，首先檢測(cè)工作臺(tái)上有無(wú)托板，如果沒有托板，則首先判斷在左側(cè)還是右側(cè)裝載，然后工作臺(tái)直接移動(dòng)到要裝載托板的位置處，進(jìn)行托板裝載(FC55或者FC56 )。分析原因主要是由于比例換向閥的零位泄漏造成的。首先從PLC地址中讀取DW62的刀套號(hào)，然后按照“近路”移動(dòng)原則去尋找刀套。如表31所示。PLC編程中要對(duì)刀具更換裝置和刀庫(kù)的機(jī)械零位在系統(tǒng)上電開機(jī)時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，零位設(shè)置要充分考慮安全性和可維修性。機(jī)械手架上裝有抓刀機(jī)械手I和II。通過(guò)FC86程序塊實(shí)現(xiàn)手輪控制，圖34(b)所示為程序塊FC86控制流程圖。IM361是PLC輸入/輸出接口模塊。 打開Project的OBI，在Call Fc2指令的下一行輸入。 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。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)。這些開關(guān)包括各類控制開關(guān)、行程開關(guān)、接近開關(guān)、壓力開關(guān)和溫控開關(guān)等。西門子公司的SIMATICS7300可編程序控制器如圖33所示。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。掃描從OOOOH地址所存儲(chǔ)的第一條用戶程序開始，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。(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。編程器分為簡(jiǎn)易型和智能型兩種。 (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。控制繼電器、接觸器和電磁閥等輸出元件。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。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。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曲線曲面類零件提供了便利條件。 840D數(shù)控系統(tǒng)的功能 采用SINUMERIK 840D數(shù)控系統(tǒng)、西門子611D伺服系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工功能。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。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。系統(tǒng)的管理部分包括輸入、1/0處理、顯示和診斷。 (4) X432高速輸入輸出接口端。 (4) X161電源模塊設(shè)定操作和標(biāo)準(zhǔn)操作選擇端口。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。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)。常用的輸入方式有鍵盤手動(dòng)輸入MDI,磁盤輸入、優(yōu)盤輸入、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。具有開機(jī)潤(rùn)滑、手動(dòng)潤(rùn)滑、自動(dòng)潤(rùn)滑功能。藍(lán)圖編程。我國(guó)從事數(shù)控系統(tǒng)開發(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。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)。框型立柱正掛箱、對(duì)稱設(shè)計(jì)，主軸為數(shù)控進(jìn)給主軸，閉環(huán)控制。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。改造過(guò)程中首先分析機(jī)床的特點(diǎn)，確定使用西門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。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零件、以及高精度和普通機(jī)床難以加工的工件。從功能上，它可分成六個(gè)部分: 主軸運(yùn)行控制?？焖龠M(jìn)給：24000mm/min。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)。改造則不然，可以精確地計(jì)算出機(jī)床的加工能力。 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。 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。有的生產(chǎn)線的產(chǎn)品銷路很好，但是因?yàn)樵O(shè)備故障不能達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)。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。 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。1～。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發(fā)應(yīng)用緊密相關(guān)。機(jī)床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為6%。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。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。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。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)。近10年來(lái)，年產(chǎn)值約為20億元。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。3～5um，提高到177。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。 機(jī)床數(shù)控化改造的需求 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。有的甚至不能啟動(dòng)運(yùn)行，沒有發(fā)揮應(yīng)有的作用。 1)可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來(lái)的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。因此勞動(dòng)生產(chǎn)率提高和生產(chǎn)周期縮短，效益非常明顯。 數(shù)控化改造的內(nèi)容 恢復(fù)原功能，對(duì)機(jī)床存在的故障部分進(jìn)行診斷并恢復(fù)。 熟悉了解設(shè)備、便于操作維修 購(gòu)買新設(shè)備時(shí)，不了解新設(shè)備是否能滿足其加工要求。 設(shè)備現(xiàn)狀 辛辛那提進(jìn)給速度: 12 4000mm/min。 機(jī)床控制機(jī)床電氣系統(tǒng)是由大量繼電器構(gòu)成的邏輯控制電路，通過(guò)接受由控制面板及機(jī)床各部分位置開關(guān)傳來(lái)的信號(hào)，經(jīng)硬件邏輯運(yùn)算，確定并控制機(jī)床各部分工作。因此公司決定要對(duì)這批大型設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造以滿足生產(chǎn)的要求。米拉克龍機(jī)床公司產(chǎn)T40臥式加工中心數(shù)控化改造工程進(jìn)行的。 完成西門子840D數(shù)控系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)單元611D等設(shè)備在機(jī)床上的安裝調(diào)試。工作臺(tái)在橫床身X軸向移動(dòng)，Y軸帶有自動(dòng)垂直夾緊，液壓自動(dòng)松開，工作臺(tái)分度配有圓光柵閉環(huán)檢測(cè)裝置，分度精度高，保證同軸度。數(shù)控系統(tǒng)及驅(qū)動(dòng)單元、伺服電機(jī)更換，其他電氣部分檢修改造，需要更換的予以更換，配置SINUMERIK 840D數(shù)控系統(tǒng)及其安裝調(diào)試。其中SIEMENS, FANUC是專門從事數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的專業(yè)公司，品種齊全，性能可靠，有較高的性能價(jià)格比。示教功能。冷卻液可手動(dòng)及編程控制開、關(guān)。1)輸入輸入CNC系統(tǒng)的有零件程序、控制參數(shù)、補(bǔ)償數(shù)據(jù)等。6)顯示CNC系統(tǒng)顯示主要是為操作者提供方便，通常應(yīng)具有:零件程序顯示、參數(shù)顯示、機(jī)床狀態(tài)顯示、刀具加工軌跡動(dòng)態(tài)模擬圖形顯示、報(bào)警顯示等功能。(4) X112 RS232通信接口端，實(shí)現(xiàn)與外部的通信，如要由數(shù)個(gè)數(shù)控機(jī)床構(gòu)成DNC系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制，則各個(gè)數(shù)控機(jī)床均要通過(guò)該端口與主控計(jì)算機(jī)通信。圖23 NC模塊 圖24電源模塊 (3) X141電源模塊電源工作正常輸出信號(hào)端口。 (3) X431脈沖使用端口，使用信號(hào)一般由PLC給出。(1).多任務(wù)并行處理CNC系統(tǒng)的多任務(wù)性CNC系統(tǒng)通常作為一個(gè)獨(dú)立的過(guò)程控制單元用于工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中，因此它的系統(tǒng)軟件必須完成管理和控制兩大任務(wù)。大大提高了設(shè)備資源的利用率。(2)實(shí)時(shí)中斷處理840D系統(tǒng)控制軟件的另一個(gè)重要特征是實(shí)時(shí)中斷處理。 程序性中斷 它是程序中出現(xiàn)的各種異常情況的報(bào)警中斷，如各種溢出、除零等。最多可控制31個(gè)進(jìn)給軸和主軸，進(jìn)給和快速進(jìn)給的速度范圍為mm/min～999m/min。 操作部分硬件840D提供有標(biāo)準(zhǔn)的PC軟件、硬盤、奔騰處理器，用戶可在Windows98/2000下開發(fā)自定義的界面。第3章 數(shù)控改造機(jī)電匹配接口設(shè)計(jì)和PLC控制 840D數(shù)控系統(tǒng)中PLC的信息交換是指以PLC為中心，在CNC, PLC和MT(機(jī)床)三者之間的信息交換，它包括以下四個(gè)部分： CNC傳送給PLC CNC送至PLC信息可由開關(guān)量輸出信號(hào)完成，也可由CNC直接送入PLC的寄存器中。順序控制的信息主要是1/0控制，如控制開關(guān)、行程開關(guān)、壓力開關(guān)和溫度開關(guān)等輸入元件。CPU按照系統(tǒng)程序賦予的功能，接收存儲(chǔ)從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描方式查詢現(xiàn)場(chǎng)輸入狀態(tài)以及各種信號(hào)狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入輸入狀態(tài)寄存器中，在診斷了PLC內(nèi)部電路、編程語(yǔ)句和電源都正常后，PLC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。 (4)編程器 編程器是提供用戶進(jìn)行程序的編制、編輯、調(diào)試、監(jiān)視以及運(yùn)行應(yīng)用程序的特殊工具，一般由鍵盤、智能處理器、顯示屏、外部設(shè)備(如硬盤/軟盤驅(qū)動(dòng)器等)組成，它通過(guò)通信接口與PLC相連，完成人機(jī)對(duì)話功能。(2)靈活性好PLC通常采用積木式結(jié)構(gòu)，便于將PLC與數(shù)據(jù)總線連接，產(chǎn)品具有系列化、通用化，稍作修改就可應(yīng)用于不同的控制對(duì)象。只要PLC接通電源，CPU即對(duì)用戶存儲(chǔ)器內(nèi)程序進(jìn)行掃描。 內(nèi)裝型PLC的性能指標(biāo)(如輸入/輸出點(diǎn)數(shù)、程序掃描時(shí)間、每步執(zhí)行時(shí)間、程序最大步數(shù)、功能指令數(shù)目等)是根據(jù)所從屬的CNC系統(tǒng)的規(guī)格、性能、適用機(jī)床的類型等確定的。生產(chǎn)通用型PLC的廠家很多，數(shù)控系統(tǒng)中選用較多的產(chǎn)品有德國(guó)SIEMENS公司的SIMATICS5, S7系列、日本FANUC公司的PMC系列、日本OMRON公司的OMRON