【正文】 省選刀時(shí)間。根據(jù)控制的要求，手輪控制裝置中的軸和倍率控制與PLC和1/0輸入模塊E32和E33中的點(diǎn)連接，進(jìn)給脈沖信號與NCU端口上X121相連。若用戶還要編寫其它功能，可在另外的FCXX (XX最好40，如FC41等)中編入并Download到840D中，另外OBI中的Call所編的FC X X塊中即可。 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。除了對機(jī)床各坐標(biāo)軸的位置進(jìn)行連續(xù)控制外，還對主軸啟動(dòng)和停止、刀庫及換刀機(jī)械手、工作臺(tái)托板交換、氣液壓、冷卻和潤滑等輔助動(dòng)作進(jìn)行順序控制。完成自檢后，CPU又從存儲(chǔ)器的OOOOH地址重新開始掃描運(yùn)行。2)PLC的特點(diǎn)(1)可靠性高由于PLC針對惡劣的工業(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提高其可靠性。另一類是通過PLC控制的輔助功能(M, S, T等)信息。此外，用PCIN軟件可以進(jìn)行串行數(shù)據(jù)通信，通過RS232接口可方便地使840D與西門子編程器或普通的個(gè)人電腦聯(lián)接起來，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。 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。流水處理要求每個(gè)處理子過程的運(yùn)算時(shí)間相等。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)。(9) X173數(shù)控系統(tǒng)控制程序儲(chǔ)存卡插槽。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。具有手持操作單元。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。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。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。 交換工作臺(tái) A, B兩個(gè)工作臺(tái)，由液壓油缸驅(qū)動(dòng)。 課題來源和研究的意義 來源上世紀(jì)80年代初，我國先后從日本、德國、美國等國家引進(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。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)問題而又難以購置配件，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。只要找出主要的技術(shù)難點(diǎn)，解決關(guān)鍵技術(shù)問題，就可以最小的投資盤活最大的存量資產(chǎn)，爭取到最大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。開放性為適應(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)展趨勢是體系結(jié)構(gòu)的開放性，美國、歐共體及日本相繼設(shè)計(jì)生產(chǎn)開放式的數(shù)控系統(tǒng)。 近10多年來，普通級數(shù)控機(jī)床的加工精度己由177。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。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 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： 20060197121 學(xué) 號： 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。數(shù)控機(jī)床是由普通機(jī)床演變而來的。超精密加工主要包括超精密切削(車、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)。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)向開放、集成和智能化方向發(fā)展。這些不能使用的設(shè)備、生產(chǎn)線是個(gè)包袱，也是一批很大的存量資產(chǎn)，修好了就是財(cái)富。上世紀(jì)80年代，陸續(xù)從國外引進(jìn)了很多中高檔數(shù)控機(jī)床，有的服役期滿，有的不能正常工作，處于閑置，造成巨大資源浪費(fèi)。 可以采用最新的控制技術(shù)可根據(jù)技術(shù)革新的發(fā)展速度，及時(shí)地提高生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化水平和效率，提高設(shè)備質(zhì)量和檔次，將舊機(jī)床改成當(dāng)今水平的機(jī)床。 主軸 主軸電機(jī):交流電機(jī)，主軸轉(zhuǎn)速:12～6000 rpm. 刀庫 機(jī)床帶有旋轉(zhuǎn)式雙工位交換站及60把伺服驅(qū)動(dòng)刀庫，交換工作臺(tái)由液壓油缸驅(qū)動(dòng)。該設(shè)備數(shù)控系統(tǒng)ACRAMATIC 950MC是現(xiàn)己停產(chǎn)或即將淘汰產(chǎn)品。第2章 機(jī)床數(shù)控改造的整體方案設(shè)計(jì)和數(shù)控系統(tǒng)配置選擇 加工中心結(jié)構(gòu)分析 結(jié)構(gòu)介紹與技術(shù)現(xiàn)狀該機(jī)床應(yīng)用廣泛，最適用于復(fù)雜箱體多工作面的銑、鉆、銼、鉸、攻絲、二維、三維曲面等多種工序加工，具有在一次裝夾中完成箱體孔系和平面多工序精確加工的良好性能。根據(jù)機(jī)床操作及運(yùn)動(dòng)要求編制控制程序。用戶程序存儲(chǔ)器容量: MB，并具有450MB左右的硬盤空間可供用戶存儲(chǔ)零件加工程序及備份系統(tǒng)參數(shù)。4)插補(bǔ)運(yùn)算與位置控制插補(bǔ)運(yùn)算和位置控制是CNC系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制，一般在相應(yīng)的中斷服務(wù)程序中進(jìn)行。(8) X172數(shù)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)控制總線端口，通過扁平電纜與各相關(guān)模塊的系統(tǒng)數(shù)據(jù)控制總線聯(lián)系起來。840D系統(tǒng)的聯(lián)接，如圖27所示。開始，每個(gè)程序段的輸出之間不再有間隔，從而保證了電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)和刀具移動(dòng)的連續(xù)性。 840D系統(tǒng)是20世紀(jì)90年代中期設(shè)計(jì)的全數(shù)字化數(shù)控系統(tǒng)，具有高度模塊化及規(guī)范化的結(jié)構(gòu)，它將CNC和驅(qū)動(dòng)控制集成在一塊板子上，將閉環(huán)控制的全部硬件和軟件集成在1c㎡的空間中，便于操作、編程和監(jiān)控。數(shù)據(jù)通信840D系統(tǒng)配有RS232C / TTY通用接口，加工過程中可同時(shí)通過通用接口進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入/輸出。 數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部信息流大致分為兩類，一類是控制機(jī)床坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)的連續(xù)數(shù)字信息。一路供給編程器接口使用:還有一路供給各種接口模板使用。然后CPU對自身的硬件進(jìn)行快速自檢，并對監(jiān)視掃描用定時(shí)器進(jìn)行復(fù)位。 加工中心的PLC功能 在加工中心中，840D數(shù)控系統(tǒng)的S7300PLC有自己單獨(dú)的CPU，內(nèi)裝在840D中。2) PLC程序編寫:編寫各種PLC的程序、模塊(OB, FB, FC等)。PLC的基本工作到期此結(jié)束。利用840D提供的可編程控制器S7300的1/O點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)手輪控制方案，=1，使加工中心控制面板上“R10”用戶鍵定義為手輪使能開關(guān)。這種換刀方式需要在PLC內(nèi)部設(shè)置一個(gè)刀庫的數(shù)據(jù)表，其長度和設(shè)置的數(shù)據(jù)與刀庫的刀套號和刀具號一一相對應(yīng)。數(shù)控系統(tǒng)在Y, Z和W三軸移動(dòng)到換刀點(diǎn)，并使主軸C準(zhǔn)停在換刀位置，這個(gè)過程和取刀過程是同時(shí)進(jìn)行的。圖38 工作臺(tái)自動(dòng)交換流程圖 主軸自動(dòng)換檔控制 為了滿足加工不同表面時(shí)切削速度的基本恒定及自動(dòng)換刀系統(tǒng)中不同刀具的合理切削速度，加工中心主運(yùn)動(dòng)多采用無級調(diào)速系統(tǒng)，但因其與機(jī)床主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)所需的功率扭矩特性不匹配，因而，往往需在電氣調(diào)速系統(tǒng)之后串接機(jī)械有級變速，來使它們相匹配。圖39 主軸自動(dòng)換檔程序控制流程圖第4章 數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究4．1 伺服系統(tǒng)工作原理 開環(huán)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)原理 伺服系統(tǒng)是以機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件(如工作臺(tái))的位置和速度作為控制量的自動(dòng)控制系統(tǒng)。而直流中小慣量伺服電機(jī)及其大功率晶體管脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)裝置，比較適應(yīng)數(shù)控機(jī)床對頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)，以及快速定位、切削的要求。在軟伺服系統(tǒng)中，一般認(rèn)為速度環(huán)的閉環(huán)增益為系統(tǒng)增益Ks的2～4倍比較合適，但它的開環(huán)增益高達(dá)80～1000。 跟隨誤差要小。異步型交流伺服電動(dòng)機(jī)為感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)，具有轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單堅(jiān)固、價(jià)格便宜、過載能力強(qiáng)等特點(diǎn)。 位移精度高。為了減小系統(tǒng)誤差，必須增大系統(tǒng)增益。其控制精度雖不如閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床，但控制系統(tǒng)的調(diào)試比較方便。M41指令控制主軸換到1檔，M42指令控制主軸換到2檔，M43指令控制主軸換到3檔，M44指令控制主軸換到4擋。托板更換控制流程如圖38所示。主軸上刀具回放識別也是相似的。整個(gè)換刀動(dòng)作由M06換刀子程序和PLC共同完成。該手輪上面僅有倍率選擇、軸選擇和手搖裝置，動(dòng)作較少，功能也比較簡單，屬即插即用型產(chǎn)品，如圖34 (a)。s不再閃動(dòng)。它包括S7200, S7300、S7400三種產(chǎn)品。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SIEMENS公司的SIMATICS5, S7系列、日本FANUC公司的PMC系列、日本OMRON公司的OMRONSYSMAC系列、三菱公司FX系列等。只要PLC接通電源，CPU即對用戶存儲(chǔ)器內(nèi)程序進(jìn)行掃描。 (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，它通過通信接口與PLC相連，完成人機(jī)對話功能。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。 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。 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。大大提高了設(shè)備資源的利用率。 (3) X431脈沖使用端口，使用信號一般由PLC給出。(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)床均要通過該端口與主控計(jì)算機(jī)通信。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。示教功能。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。 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。因此公司決定要對這批大型設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造以滿足生產(chǎn)的要求。進(jìn)給速度: 12 4000mm/min。 熟悉了解設(shè)備、便于操作維修 購買新設(shè)備時(shí)，不了解新設(shè)備是否能滿足其加工要求。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。有的甚至不能啟動(dòng)運(yùn)行，沒有發(fā)揮應(yīng)有的作用。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。新一代數(shù)控機(jī)床(含加工中心)只有通過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。新型數(shù)控技術(shù)是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的機(jī)床控制新技術(shù)。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對其進(jìn)行了改造并根據(jù)機(jī)床的具體配置和要求，對機(jī)床參數(shù)進(jìn)行正確設(shè)置和調(diào)試，改造后對企業(yè)的加工對象進(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。機(jī)床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為6%。1～。用這種裝備加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內(nèi)市場上缺乏競爭力，直接影響一個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展。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。 利用國外先進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)，對機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造。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購買的二手設(shè)備，購置后一直未能正常使用，處于閑置，現(xiàn)需要對其進(jìn)行改造，完成后投入生產(chǎn)。從功能上，它可分成六個(gè)部分: 主軸運(yùn)行控制。改造過程中首先分析機(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?？蛐土⒅龗煜洹ΨQ設(shè)計(jì)，主軸為數(shù)控進(jìn)給主軸，閉環(huán)控制。我國從事數(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。具有開機(jī)潤滑、手動(dòng)潤滑、自動(dòng)潤滑功能。7)診斷CNC系統(tǒng)利用內(nèi)部自診斷程序通過定時(shí)中斷掃描檢查CNC系統(tǒng)本身及外設(shè)。 (4) X161電源模塊設(shè)定操作和標(biāo)準(zhǔn)操作選擇端口。系統(tǒng)的管理部分包括輸入、1/0處理、顯示和診斷。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典型接線圖件的過程中，有些控制任務(wù)具有較強(qiáng)的實(shí)時(shí)性要求。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。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。 (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)編程簡單PLC沿用了梯形圖編程簡單的優(yōu)點(diǎn)，易于現(xiàn)場操作人員理解和掌握。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。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。 運(yùn)行S7: 新建一個(gè)Project，