【文章內(nèi)容簡介】 (起點、終點、直線、圓弧等)、加工速度信息(F代碼)以及輔助指令(M, S, T代碼)信息(如主軸起停、工件夾緊和松開、換刀、切削液開關(guān)等)。3)數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理程序一般包括刀具半徑補償、速度計算以及輔助功能處理。4)插補運算與位置控制插補運算和位置控制是CNC系統(tǒng)的實時控制，一般在相應(yīng)的中斷服務(wù)程序中進行。它是在每個采樣周期內(nèi)，將插補計算的理論位置與實際反饋位置相比較，根據(jù)其差值去控制進給電動機，進而控制機床工作臺(或刀具)的位移。加工出所需要的零件。5)輸入/輸出((I/O)處理輸入/輸出處理主要是處理CNC系統(tǒng)和機床之間來往信號輸入、輸出和控制。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、機床狀態(tài)顯示、刀具加工軌跡動態(tài)模擬圖形顯示、報警顯示等功能。7)診斷CNC系統(tǒng)利用內(nèi)部自診斷程序通過定時中斷掃描檢查CNC系統(tǒng)本身及外設(shè)。進行故障診斷，主要有啟動診斷和在線診斷。840D系統(tǒng)的硬件組成SINUMERIK 840D系統(tǒng)采用多微處理器模塊式結(jié)構(gòu)，主要包括以下幾部分。如圖22所示。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，該端口通過電纜與MMC(人機通信接口端)及機床操作面板聯(lián)接。(2) X102 RS485通信接口端，該端口主要是滿足西門子Profibus DP通信的要求。(3) XIII PLCS7300輸入偷出接口端，該端口提供了與PLC聯(lián)接的通道。(4) X112 RS232通信接口端，實現(xiàn)與外部的通信，如要由數(shù)個數(shù)控機床構(gòu)成DNC系統(tǒng)，實現(xiàn)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制，則各個數(shù)控機床均要通過該端口與主控計算機通信。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，通過該端口數(shù)控系統(tǒng)可與多種外設(shè)聯(lián)接，如與控制進給運動的手輪、CNC輸入/輸出的聯(lián)接。(6) X122 PLC編程器PG接口端，通過該端口與西門子PLC編程器PG聯(lián)接，以此傳輸PG中的PLC程序到NC模塊，或從NC模塊將PLC程序拷貝到PG中，另外還可在線實時監(jiān)測PLC程序的運行狀態(tài)。(7) X130A, X130B電動機驅(qū)動器611D的輸入輸出擴展端口，通過扁平電纜將驅(qū)動總線與各個驅(qū)動模塊聯(lián)接起來，對各個伺服電動機進行控制。(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。(9) X173數(shù)控系統(tǒng)控制程序儲存卡插槽。2)電源模塊電源模塊的接口端如圖24所示，其中主要接口端的意義如下:(1) X111“準備好”信號，由電源模塊輸出至PLC的電源模塊，表示電源正常。(2) X121使能信號，由PLC輸出至電源模塊、數(shù)控模塊，’表示外部電路硬件信號正常。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端口。 (4) X161電源模塊設(shè)定操作和標準操作選擇端口。 (5) X171線圈通電觸點，控制電源模塊內(nèi)部線路預充電接觸器(一般按出廠狀態(tài)使用)。 (6) X172啟動禁止信號端(一般按出廠狀態(tài)使用)。 (7) X181供外部使用的供電電源端口，包括直流電源600V與三相交流電源380V。3)伺服電動機驅(qū)動模塊 單軸伺服電動機驅(qū)動模塊見圖25，雙軸伺服電動機驅(qū)動模塊見圖26。其中主要接口端的意義如下: (1) X411, X412電動機內(nèi)置光電編碼器反饋至該端口進行位置和速度反饋的處理。 (2) X421, X422機床拖板直接位置反饋(光柵)端口。 (3) X431脈沖使用端口，使用信號一般由PLC給出。 (4) X432高速輸入輸出接口端。 (5) X34, X35電壓、電流檢測孔，一般供模塊維修檢測使用，用戶不得使用。4)主軸電動機的驅(qū)動可使用上述進給電動機驅(qū)動模塊驅(qū)動，另外還有專門的主軸電動機驅(qū)動模塊，模塊的接口端與進給電動機驅(qū)動模塊類似。840D系統(tǒng)的聯(lián)接，如圖27所示。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)。在圖29中，雙向箭頭表示兩個模塊之間有并行處理關(guān)系。1) 840D系統(tǒng)控制軟件的結(jié)構(gòu)特點840D系統(tǒng)是一個專用的實時多任務(wù)計算機控制系統(tǒng)，在它的控制軟件中融合了當今計算機軟件許多先進技術(shù)，其中最突出的是多任務(wù)并行處理和多重實時中斷。(1).多任務(wù)并行處理CNC系統(tǒng)的多任務(wù)性CNC系統(tǒng)通常作為一個獨立的過程控制單元用于工業(yè)自動化生產(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)。系統(tǒng)的管理部分包括輸入、1/0處理、顯示和診斷。系統(tǒng)的控制部分包括譯碼、刀具補償、速度處理、插補和位置控制。在許多情況下，管理和控制的某些工作必須同時進行。為了保證加工過程的連續(xù)性，即刀具在各程序段之間不停刀，譯碼、刀具補償和速度處理模塊必須與插補模塊同時運行，而插補又必須與位置控制同時進行。并行處理 并行處理是指計算機在同一時刻或同一時間間隔內(nèi)完成兩種或兩種以上性質(zhì)相同或不相同的工作。并行處理最顯著的優(yōu)點是提高了運算速度。拿n位串行運算和n位并行運算來比較，在元件處理速度相同的情況下，后者運算速度幾乎提高為前者的n倍。大大提高了設(shè)備資源的利用率。資源重疊流水處理 當CNC系統(tǒng)處在NC工作方式時，其數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換過程將由零件程序輸入、插補準備(包括譯碼、刀具補償和速度處理)、插補、位置控制4個子過程組成。如果每個子過程的處理時間分別為△t1, At2. At3,△t4，那么一個程序段的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時間將是：T=△t1+△t2+△t3+△t4即在一段時間間隔內(nèi)不是處理一個子過程，而是處理兩個或更多的子過程。從圖210可以看出，經(jīng)過流水處理后從時間t。開始，每個程序段的輸出之間不再有間隔，從而保證了電動機轉(zhuǎn)動和刀具移動的連續(xù)性。流水處理要求每個處理子過程的運算時間相等。而實際上在CNC系統(tǒng)中每個子過程所需的處理時間都是不同的，解決的辦法是取最長的子過程處理時間為流水處理間隔。這樣，當處理時間較短的子過程時，處理完成之后就進入等待狀態(tài)。(2)實時中斷處理840D系統(tǒng)控制軟件的另一個重要特征是實時中斷處理。數(shù)控機床在加工零圖25單軸驅(qū)動模塊611D 圖26雙軸驅(qū)動模塊611D圖 27 840D典型接線圖件的過程中，有些控制任務(wù)具有較強的實時性要求。系統(tǒng)的中斷管理主要靠硬件完成，而系統(tǒng)的中斷結(jié)構(gòu)決定了系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)。其中斷類型有外部中斷、內(nèi)部定時中斷、硬件故障中斷以及程序性中斷等。 外部中斷 主要有外部監(jiān)控中斷(如急停、量儀到位等)和鍵盤操作面板輸入中斷。 內(nèi)部定時中斷 主要有插補周期定時中斷和位置采樣定時中斷。在處理時，總是先處理位置控制，然后處理插補運算。 硬件故障中斷 它是各種硬件故障檢測裝置發(fā)出的中斷，如存儲器出錯、定時器出錯、插補運算超時等。 程序性中斷 它是程序中出現(xiàn)的各種異常情況的報警中斷，如各種溢出、除零等。 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)來實現(xiàn)數(shù)控加工功能。從控制的角度來說，840D可以進行四軸聯(lián)動，控制6個主軸、31個坐標軸，840D采用多CPU進行數(shù)據(jù)處理，840D的系統(tǒng)控制參數(shù)可以通過鍵盤進行修改，并且每一個參數(shù)都具有文字說明。其操作界面也采用了與PC機類似的窗口、菜單式界面。 840D系統(tǒng)是20世紀90年代中期設(shè)計的全數(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。 SINUMERIK840D系統(tǒng)與SIMODRIVE611D伺服驅(qū)動模塊及SIMATICS7300PLC模塊構(gòu)成的全數(shù)字化數(shù)控系統(tǒng)，能實現(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。840D系統(tǒng)的主要功能及應(yīng)用有以下幾個方面： 控制類型采用32位微處理器實現(xiàn)CNC控制，可用于系列機床，如車床、鉆床、銑床、磨床，可完成CNC連續(xù)軌跡控制以及內(nèi)部集成式PLC控制。具有全數(shù)字化的611D數(shù)字驅(qū)動模塊。最多可控制31個進給軸和主軸，進給和快速進給的速度范圍為mm/min～999m/min。其插補功能有樣條插補、三階多項式插補、控制值互聯(lián)和曲線表插補，這些功能為加工各類曲線曲面類零件提供了便利條件。此外，還具備進給軸和主軸同步操作的功能。 操作方式其操作方式主要有AUTOMATIC(自動)、JOG(調(diào)整)、TEACHIN(交互式程序編制)、MDA(手動過程數(shù)據(jù)輸入)。 補償功能840D可根據(jù)用戶程序進行輪廓的沖突檢測、刀具半徑補償、刀具長度補償、螺距誤差補償和測量系統(tǒng)誤差補償及反向間隙補償、過象限誤差補償?shù)取? 安全保護功能數(shù)控系統(tǒng)可通過預先設(shè)置軟極限開關(guān)的方法，進行工作區(qū)域的限制，當超程時可以觸發(fā)程序進行減速，對主軸的運行還可以進行監(jiān)控。 5, NC編程840D系統(tǒng)具有高級語言編程特色的程序編輯器，可進行米制、英制尺寸或混合尺寸的編程，程序編制與加工可同時進行， MB的用戶內(nèi)存，用于零件程序、刀具偏置、補償?shù)拇鎯Α?, PLC編程840D的集成式PLC完全以標準SIMATIC S7模塊為基礎(chǔ)，PLC程序和數(shù)據(jù)內(nèi)存可擴展到288KB，I/0模塊可擴展到2048個輸入/輸出點，PLC程序可以極高的采樣速率監(jiān)視數(shù)字輸入，向數(shù)控機床發(fā)送運動、停止、起動等命令。 操作部分硬件840D提供有標準的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。此外，2個通用接口RS232可使主機與外設(shè)進行通信，用戶還可通過磁盤驅(qū)動器接口和打印機并行接口完成程序存儲、讀入及打印工作。 顯示功能840D提供了多語種的顯示功能，用戶只需按一下按鈕，即可將用戶界面從一種語言轉(zhuǎn)換為另一種語言，系統(tǒng)提供的語言有中文、英語、德語等。顯示屏上可顯示程序塊、電動機軸位置、操作狀態(tài)等信息。數(shù)據(jù)通信840D系統(tǒng)配有RS232C / TTY通用接口，加工過程中可同時通過通用接口進行數(shù)據(jù)輸入/輸出。此外，用PCIN軟件可以進行串行數(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人電腦聯(lián)接起來，進行加工程序、PLC程序、加工參數(shù)等各種信息的雙向通信。用SINDNC軟件可一以通過標準網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)傳送，還可以用CNC高級編程語言進行程序的協(xié)調(diào)。因此，SINUMERK 840D系統(tǒng)完全能夠滿足T40加工中心數(shù)控化改造的需要。第3章 數(shù)控改造機電匹配接口設(shè)計和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(機床)三者之間的信息交換，它包括以下四個部分： CNC傳送給PLC CNC送至PLC信息可由開關(guān)量輸出信號完成，也可由CNC直接送入PLC的寄存器中。主要包括程序中的各種功能代碼M, S, T信息，手動/自動方式信息及各種使能信息等。 PLC傳送給CNC PLC送至CNC的信息由開關(guān)量輸入信號完成，所有 PLC送至CNC的信息地址與含義由CNC系統(tǒng)生產(chǎn)廠家確定，PLC編程者只可使用不可改變和增刪。主要包括M, S, T功能的應(yīng)答信息和各坐標軸對應(yīng)的機床參考點信息等。 PLC傳送給MT PLC控制機床的信號通過PLC的開關(guān)量輸出接口送至1/O中。主要用來控制機床的執(zhí)行元件，如電磁閥、繼電器、接觸器以及各種狀態(tài)指示和故障報警等。 MT傳送給PLC機床側(cè)的開關(guān)量信號可通過PLC的開關(guān)量輸入接口送入PLC中，主要是機床操作面板輸入信息和其上各種按鈕、開關(guān)等信息。 數(shù)控機床PLC控制技術(shù) 數(shù)控系統(tǒng)除了對機床各坐標軸的位置進行連續(xù)控制外，還需要對機床主軸正反轉(zhuǎn)與啟停、工件的夾緊與松開、冷卻液開關(guān)、刀具更換、工件及工作臺交換、液動與氣動以及潤滑等輔助功能進行順序控制。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。控制繼電器、接觸器和電磁閥等輸出元件。同時還包括主軸驅(qū)動和進給伺服驅(qū)動的使能控制以及機床報警處理等。這些功能的控制優(yōu)劣將直接影響數(shù)控機床的加工精度、加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率及其穩(wěn)定性。 數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部信息流大致分為兩類，一類是控制機床坐標軸運動的連續(xù)數(shù)字信息。另一類是通過PLC控制的輔助功能(M, S, T等)信息。 1, PLC的結(jié)構(gòu)、特點及其工作過程 1) PLC的基本結(jié)構(gòu)PLC的種類型號很多，大、中、小型PLC的功能不盡相同，其結(jié)構(gòu)也各不相同，但它們的基本結(jié)構(gòu)形式大體上是相同的，都是由中央處理單元(CPU) , 存儲器(RAM/ROM )、輸入/輸出單元(I/O)、編程器、電源模塊和外部設(shè)備等組成，并且內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)。如圖31所示：圖31 PLC控制系統(tǒng)組成 (1)中央處理單元CPU PLC中的CPU與通用計算機中的CPU一樣，是PLC的核心。CPU按照系統(tǒng)程序賦予的功能，接收存儲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)場輸入狀態(tài)以及各種信號狀態(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、編程語句和電源都正常后，PLC進入運行狀態(tài)。 (2)存儲器 PLC存儲器主要包括隨機存儲器RAM和只讀存儲器ROM。用于存放用戶程序、工作數(shù)據(jù)和系統(tǒng)程序。用戶程序是指用戶根據(jù)現(xiàn)場的生產(chǎn)過程和工藝要求而編寫的應(yīng)用程序，在修改調(diào)試完成后可由用戶固化在EPROM中或存儲在磁盤中。