【文章內(nèi)容簡介】 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 9 頁 (3)可持續(xù)發(fā)展的能力上，對競爭前數(shù)控技術(shù)的研究開發(fā)、工程化能力較弱 。數(shù)控技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域拓展力度不強(qiáng) 。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的研究、制定滯后。 (1)認(rèn)識方面對國產(chǎn)數(shù)控產(chǎn)業(yè)進(jìn)程艱巨性、復(fù)雜性和長期性的特點(diǎn)認(rèn)識不足 。對市場的不規(guī)范、國外的封鎖加扼殺、體制等困難估計(jì)不足 。對我國數(shù)控技術(shù)應(yīng)用水平及能力分析不夠。 (2)體 系方面從技術(shù)的角度關(guān)注數(shù)控產(chǎn)業(yè)化問題的時候多，從系統(tǒng)的、產(chǎn)業(yè)鏈的角度綜合考慮數(shù)控產(chǎn)業(yè)化問題的時候少 。沒有建立完整的高質(zhì)量的配套體系、完善的培訓(xùn)、服務(wù)網(wǎng)絡(luò)等支撐體系。 (3)機(jī) 制方面不良機(jī)制造成人才流失，又制約了技術(shù)及技術(shù)路線創(chuàng)新、產(chǎn)品創(chuàng)新，且制約了規(guī)劃的有效實(shí)施，往往規(guī)劃理想，實(shí)施困難。 (4)技術(shù)方面企業(yè)在技術(shù)方面自主創(chuàng)新能力不強(qiáng)，核心技術(shù)的工程化能力不強(qiáng)。機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)落后，水平較低，數(shù)控系統(tǒng)新標(biāo)準(zhǔn)研究不夠。 (三 )對我國數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的戰(zhàn)略思考 我國是制造大國，在世界產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移中要盡量接 受前端而不是后端的轉(zhuǎn)移，即要掌握先進(jìn)制造核心技術(shù)，否則在新一輪國際產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整中，我國制造業(yè)將進(jìn)一步“空芯”。我們以資源、環(huán)境、市場為代價，交換得到的可能僅僅是世界新經(jīng)濟(jì)格局中的國際“加工中心”和“組裝中心”，而非掌握核心技術(shù)的制造中心的地位，這樣將會嚴(yán)重影響我國現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展進(jìn)程。 我們應(yīng)站在國家安全戰(zhàn)略的高度來重視數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)問題，首先從社會安全看，因?yàn)橹圃鞓I(yè)是我國就業(yè)人口最多的行業(yè)，制造業(yè)發(fā)展不僅可提高人民的生活水平，而且還可緩解我國就業(yè)的壓力，保障社會的穩(wěn)定 。其次從國防安全看，西方發(fā)達(dá)國家把高精 尖數(shù)控產(chǎn)品都列為國家的戰(zhàn)略物質(zhì)，對我國實(shí)現(xiàn)禁運(yùn)和限制，“東芝事件”和“考克斯報告” [9]就是最好的例證。 從我國基本國情的角度出發(fā)，以國家的戰(zhàn)略需求和國民經(jīng)濟(jì)的市場需求為導(dǎo)向，以提高我國制造裝備業(yè)綜合競爭能力和產(chǎn)業(yè)化水平為目標(biāo)，用系統(tǒng)的方法，選擇能夠主導(dǎo) 21 世紀(jì)初期我國制造裝備業(yè)發(fā)展升級的關(guān)鍵技術(shù)以及支持產(chǎn) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 10 頁 業(yè)化發(fā)展的支撐技術(shù)、配套技術(shù)作為研究開發(fā)的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)制造裝備業(yè)的跨躍式發(fā)展。強(qiáng)調(diào)市場需求為導(dǎo)向，即以數(shù)控終端產(chǎn)品為主，以整機(jī) (如量大面廣的數(shù)控車床、銑床、高速高精高性能數(shù)控機(jī)床、典型數(shù)字化機(jī) 械、重點(diǎn)行業(yè)關(guān)鍵設(shè)備等 )帶動數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。重點(diǎn)解決數(shù)控系統(tǒng)和相關(guān)功能部件 (數(shù)字化伺服系統(tǒng)與電機(jī)、高速電主軸系統(tǒng)和新型裝備的附件等 )的可靠性和生產(chǎn)規(guī)模問題。沒有規(guī)模就不會有高可靠性的產(chǎn)品 。沒有規(guī)模就不會有價格低廉而富有競爭力的產(chǎn)品 。當(dāng)然，沒有規(guī)模中國的數(shù)控裝備最終難以有出頭之日。在高精尖裝備研發(fā)方面，要強(qiáng)調(diào)產(chǎn)、學(xué)、研以及最終用戶的緊密結(jié)合，以“做得出、用得上、賣得掉”為目標(biāo)，以解決國家之急需。在競爭前數(shù)控技術(shù)方面，強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新，強(qiáng)調(diào)研究開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)和產(chǎn)品，為我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)、裝備制造業(yè)乃至整個制造業(yè)的 可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。 (四 )設(shè)備數(shù)控化改造的現(xiàn)狀 目前，關(guān)于設(shè)備改造方面的報道比較多，其方法多種多樣，具體表現(xiàn)在 : 。 ，也可以進(jìn)行智能化數(shù)控設(shè)備改造。 不管哪種形式的數(shù)控改造，最基本的思路是要滿足用戶的基本使用需求。但目前對車床的數(shù)控化改造，主要是經(jīng)濟(jì)性數(shù)控化改造。在改造過程中，主要沿用系統(tǒng)供應(yīng)商提供的外部接線要求進(jìn)行控制電路設(shè)計(jì)，沒有對系統(tǒng)進(jìn)行深入的分析研究，不能結(jié)合實(shí)際應(yīng)用解決當(dāng)前同類設(shè)備存在的問題，比如 :現(xiàn)在的設(shè)備普遍采用正 邏輯控制，當(dāng)限位保護(hù)電路，如發(fā)生電路開路或接觸不良時，不會立即報警，容易造成事故。針對目前同類數(shù)控設(shè)備使用中存在的問題，經(jīng)過仔細(xì)的研究和分析系統(tǒng)特性，在改造設(shè)備時所有限位保護(hù)電路均采用負(fù)邏輯，如發(fā)生電路開路或接觸不良時會立即報警，防止意外事故發(fā)生 。設(shè)定了特殊的限位控制裝置，使刀架在特定的位置不能換刀，保證了生產(chǎn)安全。這一技術(shù)已經(jīng)申請了國家發(fā)明專利。另外，我們知道車床加工的主要任務(wù)是承擔(dān)軸類、套類、盤類等零件的加工。成本、質(zhì)量、生產(chǎn)率和產(chǎn)量、交貨期是衡量企業(yè)生產(chǎn)能力和市場競爭能力的 4 個要素，采用傳統(tǒng)的非數(shù)控生 產(chǎn)方式只有達(dá)到一定閉值的大批量的規(guī)模生產(chǎn)才能取得上述 4 個方面的統(tǒng)一。但在當(dāng)前激烈的市場競 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 11 頁 爭環(huán)境下，以生產(chǎn)為中心，企業(yè)為主導(dǎo)的賣方市場已轉(zhuǎn)向以市場需求為中心 ,用戶為主導(dǎo)的買方市場，產(chǎn)品需求呈現(xiàn)多樣化和個性化，且產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)壽命大大縮短，這首先將形成以多品種變批量的生產(chǎn)方式為主流的生產(chǎn)環(huán)境 。其次，衡量企業(yè)競爭力的首位因素也由成本轉(zhuǎn)為交貨期。為此，發(fā)展柔性結(jié)構(gòu)體系的數(shù)控制造裝備及制造系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)在快速多變的市場環(huán)境中對用戶驅(qū)動的市場需求作出靈活、快速響應(yīng)的關(guān)鍵。所謂制造裝備及制造系統(tǒng)的柔性化是指當(dāng)產(chǎn)品的品種的需求發(fā)生變 化時，它們?nèi)阅茉跐M足經(jīng)濟(jì)性的前提下，實(shí)現(xiàn)及時轉(zhuǎn)換生產(chǎn)的適應(yīng)能力。同時，持續(xù)地提高經(jīng)濟(jì)加工精度也是適應(yīng)市場競爭的另一個主要目標(biāo)。因而作為評定數(shù)控機(jī)床及系統(tǒng)效能的基本指標(biāo)也將由傳統(tǒng)的工作精度和切削能力改為用高效柔性和高精化的程度來衡量。 高效柔性化和高精化分別反映了制造業(yè)在競爭激烈的市場環(huán)境下的兩個最主要的要求，即產(chǎn)品生產(chǎn)變換的靈捷性和產(chǎn)品質(zhì)量的持續(xù)提高。如何達(dá)到上述要求，進(jìn)一步提高其生產(chǎn)的柔性化，達(dá)到操作的簡便易行，在改造過程中利用成組技術(shù)，來把單件多品種生產(chǎn)轉(zhuǎn)變成變品種的批量生產(chǎn)，設(shè)計(jì)共用化的程序存入系統(tǒng)， 減少編程的麻煩，提高了加工效率。這一創(chuàng)新思路是目前市場上沒有的，該技術(shù)己申請專利。同時采用無級變速方式，使其轉(zhuǎn)速提高到2021r/min，實(shí)現(xiàn)了高速化。 (五 )本文的選題及主要研究內(nèi)容 對已報廢的兩臺 C616 普通廢舊車床進(jìn)行數(shù)控化改造。通過改造，其目的就是要創(chuàng)新一些技術(shù)，以便進(jìn)行推廣。課題組接到任務(wù)后，認(rèn)真仔細(xì)的研究改造方案，分析現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床容易出現(xiàn)安全性故障的原因，經(jīng)過反復(fù)的論證，在設(shè)計(jì)過程中，所有限位保護(hù)電路均采用負(fù)邏輯，如發(fā)生電路開路或接觸不良時會立即報警，防止意外事故發(fā)生 。設(shè)定了特殊的限位控制 裝置，使刀架在特定的位置不能換刀，保證了生產(chǎn)安全。 合理的設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，利用原機(jī)床的電機(jī)作為主電機(jī)，節(jié)約了購買電機(jī)的費(fèi)用。要求改進(jìn)后的設(shè)備能提高精度達(dá)到數(shù)控行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) (JB267082)[10]，同時滿足操作方便，對使用人員要求不高的要求。 1. C616 車床數(shù)控化改造總體機(jī)械部件設(shè)計(jì)。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 12 頁 。 。使設(shè)備發(fā)生電路開路或接觸不良時，應(yīng)立即報警，防止意外事故發(fā)生，提高設(shè)備使用的安全性。 ，使刀架在特定的位置不能換刀。 。 、調(diào)試，使其達(dá)到用戶使用要求。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 13 頁 二、 西門子 802S 數(shù)控系統(tǒng)介紹 (一 )西門子 802S 數(shù)控系統(tǒng)的基本功能 德國西門子公司生產(chǎn)的 802S 數(shù)控系統(tǒng)是一種專門針對中國市場開發(fā)的經(jīng)濟(jì)型機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)。它采用 32 位的微處理器 (AM486DE2 )、集成 PLC，分離式小尺寸操作面板、液晶顯示器和機(jī)床控制面板。 802S 可以控制 23 個步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的進(jìn)給軸和一個主軸。 802S 數(shù)控系統(tǒng)的基本功能如下 : 3軸 (開環(huán) )。 ，具有 主軸編碼器反饋接口 [11]。 模塊具有 16 個輸入點(diǎn)和 16 個輸出點(diǎn)，經(jīng)擴(kuò)展可以達(dá)到 64 個 輸入點(diǎn)和 64 個輸出點(diǎn)。 /英文轉(zhuǎn)換。 。 。 。 。 。 256K. 。 。 (二 )系統(tǒng)配置方案研究 802S 數(shù)控系統(tǒng)配置 802S 數(shù)控系統(tǒng)配置和連接圖如圖 21 所示。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 14 頁 圖 21數(shù)控系統(tǒng) 配置和連接 根據(jù)用戶使用要求，經(jīng)過嚴(yán)格的分析計(jì)算，確定系統(tǒng)配置如下 : ，選用 802SSNC 系統(tǒng)，含顯示和操作面板。 Z 軸的進(jìn)給功率要求，通過計(jì)算，選擇 的步進(jìn)電機(jī)。 軸和 Z軸驅(qū)動器，選用 SETP DRIVE C 型驅(qū)動器。 ATV 28HU90N4 變頻器。 1024 線變頻器。 100VA 的系統(tǒng)電源隔離變壓器。 24V/4. 5A 電源。 。 LD4CK6132 電動刀架。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 15 頁 具體情況如表 21所示。 表 21 系統(tǒng)配置 序名稱 型號 數(shù)備注 1 NC 802S I含顯示、操作面板 2步進(jìn)電機(jī) 1 X軸 3步進(jìn)電機(jī) 1 Z軸 4驅(qū)動器 SETP DRIVE C 1 5驅(qū)動器 SUP DRIVE C 1 6變頻器 TV 28HU90N4 I 7主軸編碼器 1024 線 1 8系統(tǒng)電源隔 離變壓器 1 OOVA 1 9系統(tǒng)電源 24V/ 1 要求無關(guān)機(jī)蕩機(jī) 10主軸電機(jī) 1 11油泵電機(jī) 1 12電動刀架 1 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 16 頁 三、 控制電路設(shè)計(jì) (一 )電路設(shè)計(jì) C616 數(shù)控車床主軸采用變頻器驅(qū)動三相交流異步電機(jī)實(shí)現(xiàn)主軸無級調(diào)速，去除機(jī)床原有的主軸變速箱，可以獲得更好的操作性能和切削性能。 采用 德國 Schneider Electric 公司的 Altivar 28 通用變頻器，型號為ATV 28HU90N4，功率 。 數(shù)控系統(tǒng)的主軸速度模擬量控制電壓 802S 數(shù)控系統(tǒng)的主軸速度模擬量控制電壓為‘ DC1OV— 1OV。其中 0— lOV為主軸正轉(zhuǎn)速度控制 (執(zhí)行 M3 指令 )， 0— 10V 為主軸反轉(zhuǎn)速度控制 (執(zhí)行 M4 指令 )。而變頻器的速度控制電壓為 0— +lOV，其正 /反轉(zhuǎn)由變頻器的 1/O 端口輸入的狀態(tài)控制。如果直接把數(shù)控系統(tǒng)的速度控制模擬電壓輸出端直接與變頻器連接，將導(dǎo)致變頻器不能識別反轉(zhuǎn)控制電 壓而不能實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)。電路 KA 1, KA2用于控制變頻器的正反轉(zhuǎn)， KA3 用于對速度控制電壓的極性進(jìn)行轉(zhuǎn)換，保證變頻器的速度控制電壓在反轉(zhuǎn)時也為 0+1 OV。 變頻器的故障報警輸出作為系統(tǒng)的報警輸入，如果主軸出現(xiàn)過流、短 路、過熱等故障時均可及時停止系統(tǒng)的運(yùn)行，并發(fā)出報警信號。 (二 )X、 Z 軸限位和參考點(diǎn)返回電路 、 z 軸的限位輸入端設(shè)置為負(fù)邏輯 經(jīng)過分析現(xiàn)有數(shù)控機(jī)床的限位控制電路的缺陷，研制出一種新的限位控制方式，即負(fù)邏輯控制。其基本思路是 :使用限位行程開關(guān)的常閉觸點(diǎn)，當(dāng)限位開關(guān)沒有壓下時 I/0 點(diǎn)與 24V 接通，當(dāng)限位開關(guān)被壓下 1/O 點(diǎn)與 24V 斷開，機(jī)床限位。這種接法消除因線路開路而產(chǎn)生限位失靈現(xiàn)象，提高了限位電路的可靠性。限位輸入端采用負(fù)邏輯需對系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行修改。 采用負(fù)邏輯輸入的方法，這樣有利于提高數(shù)控機(jī)床的可靠性和安全性。如 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 17 頁 果機(jī)床的電路采用傳統(tǒng)的繼電器、接觸器等元件實(shí)現(xiàn)邏輯功能則不宜采用負(fù)邏輯，因?yàn)樗麜?dǎo)致部分繼電器、接觸器處于始終通電狀 態(tài)。這會造成損耗大、元件升溫、壽命縮短等問題，并且元件間機(jī)械接觸，還會因?yàn)檎饎拥纫蛩卦斐烧`動作?，F(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)其控制邏輯由邏輯電子線路實(shí)現(xiàn)，不會出現(xiàn)以上問題。本次數(shù)控改造使用的數(shù)控系統(tǒng)為西門子 802S 數(shù)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)負(fù)邏輯輸入要軟件、硬件兩方面配合才能實(shí)現(xiàn)。硬件連接數(shù)控機(jī)床中 PLC 的輸入點(diǎn)有以下兩種連接方法，其中圖 32 所示的連接方法是正邏輯輸入，其原理是 :當(dāng)機(jī)床運(yùn)動超程時壓下行程開關(guān) SQ1, SQI 閉合 PLC 內(nèi)的光電藕合器件得電， PLC 認(rèn)為該點(diǎn)的邏輯值為“ 1，信號有效， PLC 執(zhí)行相關(guān)操作。這種方法的缺點(diǎn)在于 當(dāng)從 +24V端子到 PLC 輸入點(diǎn)之間的線路接觸不良或開路則會造成 SQI 無效 (即使 SQI 被壓下閉合 )，而導(dǎo)致機(jī)床出現(xiàn)重大事故 [12]。 圖 31負(fù)邏輯輸入 圖 32正邏輯輸入 （ 1） 圖 31 所示的是負(fù)邏輯輸入的連接方法，信號輸入使用行程開關(guān)的常閉觸點(diǎn)在正常情況下 SQI 是閉合的，該輸入點(diǎn)的邏輯值為“ 1，當(dāng) SQI 被壓下斷開時輸入點(diǎn)邏輯值為“ 0。這時要求通過數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置或修改 PLC 程序把該點(diǎn)邏輯值“ 1”設(shè)定為無效狀態(tài)，而邏輯值“ 0”設(shè)定為有效狀態(tài)。如果從 +24V 端子到 PLC 的輸入點(diǎn)之間的線路出現(xiàn)開路或接觸不良時，該點(diǎn)被認(rèn)為有效，機(jī)床會立即報警，必須在電路連接良好的情況下機(jī)床才能正常運(yùn)行。這種方法排除了因限位電路開路而造成故障的可能