【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 性稍差，所以決定采用國(guó)外的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)。目前，各個(gè)數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家的數(shù)控指令格式差異較大，為了使改造后的車(chē)床能真正發(fā)揮其用處，最后決定采用西門(mén)子經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)，最終確定數(shù)控系統(tǒng)品牌為SINUMERIK 802S base line SINUMERIK 802S base line是專(zhuān)門(mén)為中國(guó)數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)而開(kāi)發(fā)的經(jīng)濟(jì)型CNC 控制系統(tǒng)。外觀如圖214所示。其機(jī)構(gòu)緊湊，具有高速集成于一體的數(shù)控單元、機(jī)床操作面板和輸入輸出單元。機(jī)床調(diào)試配置數(shù)據(jù)少，系統(tǒng)與機(jī)床匹配更快速、更容易。并具有簡(jiǎn)單而友好的編程界面，保證了生產(chǎn)的快速進(jìn)行，優(yōu)化了機(jī)床的使用。圖214 SINUMERIK 802S base line 數(shù)控系統(tǒng)外觀 本章小結(jié)本章首先從數(shù)控化改造后車(chē)床應(yīng)實(shí)現(xiàn)的功能出發(fā)，闡述了車(chē)床數(shù)控化改造的總體方案。從經(jīng)濟(jì)性考慮，主軸采用變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速，車(chē)床上原有的主軸電機(jī)可以保留。接下來(lái)詳細(xì)介紹了主軸脈沖編碼器的安裝，提出了編碼器采用異軸方式進(jìn)行安裝。為避免進(jìn)給系統(tǒng)產(chǎn)生反向失動(dòng)量，對(duì)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)中的減速齒輪必須消除間隙，本章闡述了消隙齒輪的結(jié)構(gòu)。為使加工過(guò)程中能夠自動(dòng)換刀，改造中采用了自動(dòng)刀架來(lái)替換原有四方刀架，本章闡述了自動(dòng)刀架的安裝方法。為了恢復(fù)導(dǎo)軌的精度，提高機(jī)床的防爬行和吸振性能，對(duì)機(jī)床導(dǎo)軌選用填充聚四氟乙烯軟帶來(lái)改造。并詳細(xì)闡述了粘接工藝。最后從性?xún)r(jià)比和實(shí)用性考慮，對(duì)數(shù)控系統(tǒng)作了選擇。第3章 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) SINUMERIK 802S base line數(shù)控系統(tǒng)特點(diǎn)SINUMERIK 802S base line數(shù)控系統(tǒng)集成了所有的CNC，PLC，HMI，I/O于一個(gè)單一的部件，其主要特點(diǎn)如下：獨(dú)立于其他部件進(jìn)行安裝。堅(jiān)固而又節(jié)省空間的設(shè)計(jì)，使它可以安裝到最方便用戶(hù)的位置；操作面板提供了所有的數(shù)控操作，編程和機(jī)床控制動(dòng)作的按鍵以及8英寸LCD顯示器，同時(shí)還提供12個(gè)帶有LED的用戶(hù)自定義鍵。工作方式選擇(6種)，進(jìn)給速度修調(diào)，主軸速度修調(diào)，數(shù)控啟動(dòng)與數(shù)控停止，系統(tǒng)復(fù)位均采用按鍵形式進(jìn)行操作；SINUMERIK 802S base line的輸入/輸出點(diǎn)為48個(gè)24V的直流輸入和16個(gè)24V的直流輸出。為了方便安裝，輸入輸出采用可移動(dòng)的螺絲夾緊端子，該端子可用普通的螺絲刀來(lái)緊固；SINUMERIK 802S base line可控制三個(gè)進(jìn)給軸和一個(gè)伺服主軸或變頻器。提供脈沖及方向信號(hào)的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)接口。除三個(gè)進(jìn)給軸外，SINUMERIK 802S base line還提供一個(gè)177。10v的接口用于連接主軸驅(qū)動(dòng)；SINUMERIK 802S base line的控制軟件已經(jīng)存儲(chǔ)在數(shù)控部分的FlashPROM(閃存)上，Toolbox軟件工具(調(diào)整所用的軟件工具)包含在標(biāo)準(zhǔn)的供貨范圍內(nèi)。系統(tǒng)不再需要電池，免維護(hù)設(shè)計(jì)。采用電容防止掉電引起的數(shù)據(jù)丟失。程序的變化和新程序軟件存儲(chǔ)。系統(tǒng)軟件面向車(chē)床和銑床應(yīng)用，并可單獨(dú)安裝。在每一個(gè)工具盒中都包含有車(chē)床和銑床的PLC程序示例，以便用戶(hù)能很快地調(diào)試完畢。 電柜設(shè)計(jì)及電源選用在設(shè)計(jì)電柜時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)：(l)電柜應(yīng)有冷卻或通風(fēng)裝置，在使用風(fēng)扇時(shí)必須在進(jìn)氣窗口安裝防塵過(guò)濾網(wǎng)；(2)電柜中的所有部件必須安裝在無(wú)油漆的鍍鋅金屬板上；(3)電柜的防護(hù)等級(jí)為IP54；(4)接地應(yīng)遵守國(guó)標(biāo)GB/：2000“機(jī)械安全機(jī)械電氣設(shè)備第1部分：通用技術(shù)條件” ；(5)電柜中布線(xiàn)時(shí)，交流電源線(xiàn)(如85VAC，220VAC，380VAC以及變頻器到主軸電機(jī)的電纜)必須與24VDC電纜和信號(hào)線(xiàn)電纜分開(kāi)走線(xiàn)；(6)系統(tǒng)直流穩(wěn)壓電源24VDC之前需接入隔離變壓器(控制變壓器380VAC →220VAC，JBK3400VA)，如圖31所示。步進(jìn)驅(qū)動(dòng)85VAC必須采用獨(dú)立的隔離變壓器(驅(qū)動(dòng)變壓器380VA→85VAC，JBK3系列)，如圖32所示。兩個(gè)變壓器的初級(jí)不可以接入到380VAC的同一相。圖31 控制變壓器圖32 驅(qū)動(dòng)變壓器(7)現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有良好接地的情況下，控制變壓器必須為浮地設(shè)計(jì)，但此時(shí)任何與CNC控制器連接的外設(shè)(如PC等)，其220VAC電源必須連接到控制變壓器，如圖31所示。圖33 電源波形24VDC電源選用CNC控制器采用24V直流供電，系統(tǒng)可在24V15%到+20%之間正常工作。直流電源的質(zhì)量是系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，所以在選擇電源時(shí)，其輸出波形應(yīng)如圖33所示。24V直流電作為低壓電源必須具有可靠的電隔離特性，其電氣參數(shù)如表31所示。因此我們選與廣州GSK980配套的24V直流穩(wěn)壓電源。數(shù)字輸入和輸出所需的24VDC用獨(dú)立的24V直流電源，而不能與CNC控制器共用同一個(gè)24VDC穩(wěn)壓電源。所有輸入信號(hào)必須為電平信號(hào)，即“0”電平[3V~5VDC]和“l(fā)”電平[11V~30VDC]。懸空和高阻信號(hào)均為“0”電平。表31 負(fù)載電源電氣參數(shù)參 數(shù)最小值最大值單位條 件電壓平均值V波動(dòng)性V非周期性過(guò)壓35V500ms持續(xù)時(shí)間；50s恢復(fù)時(shí)間額定消耗電流A啟動(dòng)電源4ASINUMERIK 802S base line控制器與步進(jìn)驅(qū)動(dòng)STEPDRIVEC/C和步進(jìn)電機(jī)的連接如圖34所示。連接電纜必須使用屏蔽電纜。在系統(tǒng)一側(cè)，電纜內(nèi)屏蔽層必須與插頭中的金屬殼相連，為了使模擬量的指令值信號(hào)免受低頻信號(hào)的干擾，驅(qū)動(dòng)一側(cè)的屏蔽不能接地。 圖34數(shù)控系統(tǒng)接線(xiàn)圖 PLC輸入輸出接口定義SINUMERIK 802S base line在出廠時(shí)已經(jīng)預(yù)裝了“SAMPLEPTP”—集成PLC實(shí)例應(yīng)用程序，我們?cè)诙x系統(tǒng)輸入輸出接口的時(shí)候，可以與廠家提供的PLC實(shí)例程序中的接口定義保持一致，這樣在改造的過(guò)程中，我們就無(wú)需自編PLC程序，只需利用廠家提供的“SAMPLEPTP”P(pán)LC實(shí)例程序就可以了，所要做的工作只是設(shè)定一下PLC機(jī)床參數(shù)。本次改造的輸入輸出接口定義如表32所示。表32 輸入輸出接口類(lèi)別接口名稱(chēng)說(shuō)明類(lèi)別接口名稱(chēng)說(shuō)明輸入信號(hào)X100硬限位X+輸出信號(hào)X200主軸正傳CW硬限位Z+主軸反轉(zhuǎn)CCWX向參考點(diǎn)開(kāi)關(guān)冷卻控制輸出Z向參考點(diǎn)開(kāi)關(guān)未定義硬限位X刀架正傳CW硬限位Z刀架反轉(zhuǎn)CCW過(guò)載未定義急停按鈕未定義X101硬限位ZX201未定義過(guò)載未定義急停按鈕未定義刀架信號(hào)T1未定義刀架信號(hào)T2主軸制動(dòng)刀架信號(hào)T3未定義刀架信號(hào)T4未定義未定義未定義X102~X105未定義 接口連接電源端子的連接(Xl)系統(tǒng)工作電源為直流24V電源，接到接線(xiàn)端子X(jué)l上。其CNC一側(cè)端子分配如表33所示。通訊接口RS232的連接(X2)在使用外部PC/PG與GSK980TD進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊(WinPCIN)或編寫(xiě)PLC程序時(shí)，使用RS232接口，各引腳如圖35所示。其引腳1為屏蔽，其它引腳功能參見(jiàn)信號(hào)說(shuō)明。表33 電源端子X(jué)1端子分配端子號(hào)信號(hào)名說(shuō)明1PE保護(hù)地2M0V3P24直流24VRxD—數(shù)據(jù)接收 TxD—數(shù)據(jù)發(fā)送 RTS—發(fā)送請(qǐng)求CTS—發(fā)送使能 DTR—備用輸出 DSR—備用輸出 M—接地圖35 通訊接口RS232與PC的連接主軸測(cè)量系統(tǒng)的連接（X6）X6作為主軸編碼器接口使用，用于把主軸的旋轉(zhuǎn)角度反饋給802S base line，其引腳分配如表34所示。所連接的編碼器應(yīng)為5V增量式編碼器。步進(jìn)及主軸驅(qū)動(dòng)器與CNC控制器的連接(X7)X7用于將步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器及主軸驅(qū)動(dòng)器同CNC控制器相連，電纜分配如表35所示。連接示意圖如圖36所示。表34 插座X6的引腳分配引腳信號(hào)信號(hào)含義信號(hào)類(lèi)型說(shuō)明引腳信號(hào)信號(hào)含義信號(hào)類(lèi)型說(shuō)明1.9M電源接地電壓輸出2.10Z零脈沖信號(hào)5V輸入信號(hào)3.11Z _N零脈沖信號(hào)5V輸入信號(hào)4P5 _MS電源+電壓輸出12B_NB向信號(hào)5V輸入信號(hào)5.13BB向信號(hào)5V輸入信號(hào)6P5 _MS電源+電壓輸出14A_NA向信號(hào)5V輸入信號(hào)7M電源接地電業(yè)輸出15AA向信號(hào)5V輸入信號(hào)8.圖36 步進(jìn)及主軸驅(qū)動(dòng)器與802S base line 的連接表35 電纜分配CNC側(cè)電纜驅(qū)動(dòng)側(cè)引腳中芯顏色驅(qū)動(dòng)軸引腳5黑X軸P138棕P1N6紅D139橙D1N18黃E119綠E1N40白/灰Y軸P27棕/黑P2N41藍(lán)D28紫D2N20灰E221白E2N9白/黑Z軸P342白/棕P3N10棕/紅D343棕/橙D3N26白/紅E327白/橙E3N17白/黃主軸950白/綠654白/藍(lán)1437白/紫36手輪接口（X10）通過(guò)手輪接口X10可以在外部連接兩個(gè)電子手輪。X10有10個(gè)接線(xiàn)端子，引腳說(shuō)明見(jiàn)表36。表36高速輸入接口X20引腳信號(hào)說(shuō)明引腳信號(hào)說(shuō)明1A1+手輪1 A相+6GND電源接地2A1手輪1 A相7A2+手輪2 A相+3B1+手輪1 B相+8A2手輪2 A相4B1手輪1 B相9B2+手輪2 B相+5P5V＋5VDC10B2手輪2 B相圖37 X20接線(xiàn)圖高速輸入接口（X20）通過(guò)接線(xiàn)端子X(jué)20可以連接3個(gè)接近開(kāi)關(guān)，其引腳說(shuō)明見(jiàn)表37。由于數(shù)控車(chē)床只有X和Z兩軸，所以需要兩個(gè)接近開(kāi)關(guān)。如圖37示，SQ1SQ12分別為X軸、Z軸回參考點(diǎn)接近開(kāi)關(guān)（霍爾式、PNP型常開(kāi)、有效電平為DC24V），分別接入高速輸入接口X20的3號(hào)管腳HI_3和5號(hào)管腳HI_3。表37 高速輸入接口X20引腳信號(hào)說(shuō)明引腳信號(hào)說(shuō)明1RDY1NC Ready使用觸點(diǎn)16HI_42RDY1NC Ready使用觸點(diǎn)27HI_53HI_1X軸參考點(diǎn)脈沖8HI_64HI_2Y軸參考點(diǎn)脈沖9.5HI_3Z軸參考點(diǎn)脈沖10M接地?cái)?shù)字輸入端的連接（X100和X101）PLC數(shù)字輸入接口X100的接線(xiàn)如圖38所示，SQSQSQSQSQ9和SQ10分別為X+硬限位、Z+硬限位、X－硬限位、Z－硬限位、X軸參考點(diǎn)減速開(kāi)關(guān)、Z軸參考點(diǎn)減速開(kāi)關(guān)，F(xiàn)R1FRI、FR2和FR3為熱繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)，當(dāng)主電機(jī)、刀架電機(jī)或冷卻泵電機(jī)過(guò)載時(shí)將閉合。SBI為急停按鈕，當(dāng)被按下時(shí)，所有PLC輸出端口均無(wú)信號(hào)輸出。SQSQSQSQ8和SB1均采用常閉邏輯。若采用常開(kāi)邏輯，則當(dāng)P24端子到PLC輸入點(diǎn)線(xiàn)路接觸不良或開(kāi)路時(shí)會(huì)造成SQ5無(wú)效(即便是SQ5閉合)，從而會(huì)導(dǎo)致機(jī)床出現(xiàn)重大事故。而采用常閉邏輯(負(fù)邏輯)，則可避免事故的發(fā)生。因?yàn)楫?dāng)P24端子到P LC的輸入點(diǎn)之間的線(xiàn)路出現(xiàn)開(kāi)路或接觸不良時(shí)，該點(diǎn)被認(rèn)為有效，機(jī)床會(huì)立即報(bào)警，這樣就保證了機(jī)床只有在電路連接良好的情況下才能正常運(yùn)行，提高了機(jī)床的安全性。圖38 X100接線(xiàn)圖X101的接線(xiàn)如圖39所示。SQSQSQ3和SQ4為四個(gè)霍爾式接近開(kāi)關(guān)，分別對(duì)應(yīng)于刀架的四個(gè)工位。當(dāng)某一刀位處于工作位置時(shí)，其位置傳感器(霍爾元件)輸出低電平，其余三個(gè)刀位的霍爾元件輸出處于懸空狀態(tài)，沒(méi)有電平輸出。而SINUMERIK 802S base line系統(tǒng)的PLC輸入線(xiàn)是高電平輸入有效，由于系統(tǒng)內(nèi)有緩沖電路，可以定義為常開(kāi)連接(輸入閉合有效)或常閉連接(輸入斷開(kāi)有效)，故在每個(gè)刀位的霍爾元件輸出端接上一個(gè)“上拉電阻()”，輸入定義為常閉連接(輸入斷開(kāi)有效)，這樣一來(lái)當(dāng)某一刀位處于工作位置時(shí)，該刀位輸出的是低電平，相當(dāng)于PLC輸入端沒(méi)有高電平輸入而處于斷開(kāi)狀態(tài)，由于刀架輸入定義為斷開(kāi)有效，所以該輸入點(diǎn)被激活有效；三個(gè)刀位由于不在工作位置其輸出電平處于懸空狀態(tài)，由于上拉電阻的接入，三個(gè)刀位的輸出信號(hào)至PLC的輸入端實(shí)際上接入了高電平，同樣由于輸入點(diǎn)定義為常閉連接，是斷開(kāi)時(shí)有效，所以另外三個(gè)刀位的PLC輸入點(diǎn)沒(méi)有被激活有效。圖39 X102接線(xiàn)圖數(shù)字輸出端的連接(X200和201）X200和X201的接線(xiàn)如圖3311所示，KAKAKAKAKA5和KA6分別為主軸正轉(zhuǎn)、主軸反轉(zhuǎn)、刀架正轉(zhuǎn)、刀架反轉(zhuǎn)、冷卻泵和主軸制動(dòng)用中間繼電器，VD2VD7為繼電器線(xiàn)圈兩端浪涌電壓吸收二極管。 圖310 X200接線(xiàn)圖 圖311 X201接線(xiàn)圖 步進(jìn)電機(jī)的連接步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器與步進(jìn)電機(jī)的連接