【正文】 AC通過DAC模擬電壓輸出給伺服驅(qū)動器實現(xiàn)對伺服運動的控制，同時PMAC可接收O～5V的數(shù)字正交編碼器反饋信號實現(xiàn)位置閉環(huán)，在PAMC和伺服驅(qū)動器之間通過信號轉(zhuǎn)接板Acc一8P進行連接，除提供高精度的模擬輸出外，還接收編碼器的反饋信號構(gòu)成閉環(huán)或半閉環(huán)控制。PMAC主要功能有：強大的伺服控制和插補計算：多轱控南8；網(wǎng)絡(luò)通訊；與外部事件同步；高分辨率的模擬輸出控制；數(shù)據(jù)采集和分析；反向間隙和多種誤差補償；軟硬件超行程限位等功能。PMAC的最主要特點是其軟硬件的全面開放性，它可適用于各種不同總線、放大驅(qū)動器、反饋元件和檢測元件。通過調(diào)用PMAC所提供的函數(shù)，可在VC、VB等語言編譯器和不同操作系統(tǒng)平臺下，實現(xiàn)應(yīng)用程序與PMAC的可靠通訊，保證用戶完成對應(yīng)用程序的開發(fā)。4．2．2 葉片砂帶磨床數(shù)控系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)本課題所研制的汽輪機葉片砂帶磨床數(shù)控系統(tǒng)需要具有開放性，以能夠進行機床不同運動功能的開發(fā)，適應(yīng)結(jié)構(gòu)形狀各異的汽輪機葉片加工。經(jīng)廣泛調(diào)研，最終選用了SKY2001型數(shù)控裝置，其核心由工控機(IPC)和主頻為40MHz的PMAC構(gòu)成，采用WINDOWS操作平臺，具有刀具補償、提前預(yù)處理、以及標準以太網(wǎng)接口等一般高檔數(shù)控裝置所具有的功能，可以滿足葉片加工所要求的高速響應(yīng)控制精度要求。該機床數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖4．2所示，其主機為通用工控機，PMAC多軸運動控制器通過ISA總線插槽嵌入PC微機，從而構(gòu)成上、下位機控制結(jié)構(gòu)形式。PMAC作為下位機負責伺服計算、軌跡插補、數(shù)據(jù)采集、PLC邏輯計算等實時性控制任務(wù)；上位機IPC擁有豐富的軟硬件資源，負責完成人機交互、網(wǎng)絡(luò)通訊功能。IPC與PMAC上下位機之間通過雙端口RAM(DPRAM)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，從而具有高速的數(shù)據(jù)通信能力，共同協(xié)調(diào)完成控制任務(wù)。4．2．3 伺服系統(tǒng)和變頻器的選用，伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)是機床數(shù)控系統(tǒng)的主要組成部分之一，它接受來自數(shù)控裝置的控制指令，驅(qū)動電機，從而準確地控制機床的各運動部件的速度或位置。伺服系統(tǒng)一般可分為閉環(huán)型與開環(huán)型系統(tǒng)兩大類。閉環(huán)型系統(tǒng)裝有速度和位置檢測元件，并使用不同的反饋方式。而開環(huán)型系統(tǒng)一般用于步進伺服電機的驅(qū)動，它無檢測元件和反饋電路，其控制比較簡單，但控制精度不高，大多用于經(jīng)濟型數(shù)控機床。閉環(huán)伺服系統(tǒng)按位置檢測方式不同，又可分為半閉環(huán)、全閉環(huán)以及混合閉環(huán)等形式。半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的檢測反饋元件安裝在電機輸出軸上，能夠有效地控制電機的轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速。半閉環(huán)控制方式的優(yōu)點是：環(huán)路短，易于調(diào)節(jié)，系統(tǒng)穩(wěn)定性好；其缺點是不能將機械傳動部分的誤差反饋給數(shù)控系統(tǒng)，但可通過誤差補償也可達到一定的控制精度。全閉環(huán)方式是檢測裝置安裝于機床運動位移部件上，因此控制精度不受機械傳動部分精度的影響，控制精度高。全閉環(huán)系統(tǒng)的環(huán)路中包括有伺服電機、機械傳動機構(gòu)等，系統(tǒng)的動態(tài)特性不僅與機械運動部件的剛性和慣量有關(guān)，而且還受到機械運動部件的阻尼等摩擦特性等影響，這給伺服系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性帶來了一定的影響?；旌纤欧?qū)動系統(tǒng)是綜合半閉環(huán)和全閉環(huán)伺服驅(qū)動特征，具有半閉環(huán)的高增益、高速度和良好的動態(tài)特性，又有全閉環(huán)高精度的特點，常用于重型機床的驅(qū)動控制。因此，實際應(yīng)用中需要綜合考慮被控制對象的精度要求、驅(qū)動效率、設(shè)備成本和可操作性等因素，選擇合適的伺服驅(qū)動形式。目前，半閉環(huán)伺服控制是數(shù)控機床中應(yīng)用最為廣泛的一種伺服控制形式。伺服驅(qū)動電機也有步進伺服電機、。直流伺服電機和交流伺服電機等。目前，交流伺服電機已成為伺服驅(qū)動電機的主流產(chǎn)品，它具有電機轉(zhuǎn)子慣量小、動態(tài)響應(yīng)快、性能價格比高等特點。綜合上述分析，本課題所研制的葉片砂磨機床各控制軸均選用了交流伺服電機，采用半閉環(huán)伺服驅(qū)動形式。變頻調(diào)速單元本機床的磨頭電機采用的是普通三相交流異步電機：根據(jù)不同葉片材料和加工工況的需要，要求有不同的砂帶線速度。為此，選用了變頻器對磨頭電機進行無級頻率調(diào)速，以改變砂帶運動線速度，滿足不同工作速度的要求。所選用的變頻器為西門子公司Micro Master 420通用型變頻調(diào)速器，三相電源輸入。4。3 葉片砂帶磨床PLC軟件的開發(fā)哺7咱814．3．1 葉片磨床邏輯控制任務(wù)與要求數(shù)控機床邏輯控制系統(tǒng)的任務(wù)，就是不斷循環(huán)掃描機床操作控制面板以及機床傳感元件的輸入信息，依照給定的邏輯控制規(guī)律，執(zhí)行相關(guān)的控種：1)機床功能執(zhí)行元件的控制。這是系統(tǒng)邏輯控制的主要功能，如系統(tǒng)啟停、伺服使能、冷卻電磁閥通斷、執(zhí)行電機啟停等；2)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置和方式選擇控制。為了使機床更有效地工作，便于系統(tǒng)的控制和調(diào)節(jié)，往往需要更改系統(tǒng)參數(shù)，進行控制方式的．選擇，如“點動”、“增量”、“倍率、“回參考點”、“參數(shù)設(shè)置”等；3)操作安全控制。如急停、暫停、限位報警、指示燈控制等。對于數(shù)控系統(tǒng)，其送入系統(tǒng)的輸入信號主要有操作面板和機床上的控制按鈕、行程開關(guān)、回零開關(guān)、伺服模塊的驅(qū)動使能信號等；系統(tǒng)輸出信號主要有指示燈信號、控制繼電器動作信號等。4．3．2 葉片砂帶磨床邏輯控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成機床數(shù)控系統(tǒng)的邏輯控制模塊是系統(tǒng)的重要模塊。多軸控制器PMAC內(nèi)嵌有PLC控制功能，它不依賴于系統(tǒng)硬件，可根據(jù)需要動態(tài)地增／減編程元件數(shù)目和種類，可在后臺運行多達32個異步PLC程序，以5～l 0毫秒甚至更高的循環(huán)速度對PLC程序進行反復(fù)掃描，設(shè)定系統(tǒng)輸出，改變系統(tǒng)增益，發(fā)送輸出信息，命令運動的停止／起動等。PMAC為用戶提供了類似BAS工C和C語言特點的PLC編程語言，簡單易學(xué)，簡化了機床邏輯控制系統(tǒng)的開發(fā)難度。課題研制的葉片砂帶磨床采用的是基于PMAC的開放式數(shù)控系統(tǒng)，即是利用PMAC內(nèi)嵌PLc功能開發(fā)相應(yīng)的PLC程序，實現(xiàn)系統(tǒng)的邏輯控制功能。為防止系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，軟PLC控制失效，而造成機床失控影響安全，本控制系統(tǒng)對部分邏輯功能采用軟PLC和硬PLC雙重控制，如機床急停、斷電等安全操作控制類信號。本機床數(shù)控系統(tǒng)選用了一塊8進8出的光隔端子板作為系統(tǒng)信號的輸入輸出接口，如圖4—3所示，圖形的左半部分為輸入部分，分別對應(yīng)于PMAC的m1 8～mll變量，高電平有效；右半部分為輸出部分，分別對應(yīng)m8～m1變量，低電平有效。制操作。按照控制性質(zhì)的不同可以將機床數(shù)控系統(tǒng)邏輯控制任務(wù)分為如下幾4．3．3 葉片磨床PLC軟件程序的設(shè)計機床控制軟PLC程序的設(shè)計根據(jù)機床功能控制需要，利用PMAC的軟PLC功能，進行汽輪機葉片數(shù)控砂帶磨床的PLC控制程序設(shè)計，編寫一個個PLC程序，實現(xiàn)機床的邏輯控制任務(wù)。例如對于機床伺服使能的PLC程序如下：4．4機床電氣控制線路設(shè)計∞卜633汽輪機葉片數(shù)控砂帶磨床的數(shù)控系統(tǒng)電氣線路如圖4．5所示。各軸驅(qū)動器接受來自數(shù)控系統(tǒng)的指令，經(jīng)放大處理后驅(qū)動各伺服電機的運動，編碼器將電環(huán)控制。機床磨頭及其輔助功能電氣線路如圖4．6所示，磨頭電機采用三相異步電機，由變頻器實現(xiàn)調(diào)速。系統(tǒng)工作時，變頻器通過接受0～l 0V的模擬輸入信號來控制磨頭電機的轉(zhuǎn)速。機床輔助功能包括機床照明、冷卻風(fēng)扇等輔助設(shè)備的控制。機軸的角度信息直接反饋給數(shù)控系統(tǒng)，從而實現(xiàn)伺服電機的半閉4．5本章小結(jié)本章首先回顧并分析了數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展過程和現(xiàn)狀，在分析以工控機IPC和多軸控制器PMAC為核心的開放式數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對汽輪機葉片數(shù)控砂帶磨床數(shù)控系統(tǒng)和電氣線路進行了設(shè)計，編制了PLC(軟、硬)邏輯控制程序。總結(jié)與展望本論文針對汽輪機葉片磨削加工的難點和目前我國落后的葉片制造工藝，采用現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)，利用砂帶磨削的特點，研究解決了若干關(guān)鍵技術(shù)，成功研制了一臺汽輪機葉片數(shù)控砂帶磨床樣機。本論文主要完成了以下幾方面工作：對汽輪機葉片砂帶磨削工藝性進行了分析研究，選擇了合適的砂帶磨削方式和磨削工藝參數(shù)；進行了葉片砂帶磨削運動學(xué)分析，建立了機床運動模型，確定了機床配置形式，進行了機床結(jié)構(gòu)設(shè)計，對機床關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件進行有限元力學(xué)性能分析；在選用合適的數(shù)控系統(tǒng)基礎(chǔ)上，根據(jù)機床控制功能要求，開發(fā)了系統(tǒng)的PLC程序，進行了機床電氣系統(tǒng)的設(shè)計；完成了汽輪機葉片數(shù)控砂帶磨床樣機的研制，并在該樣機上進行葉片磨削試驗。本論文特色和創(chuàng)新之處在于以下幾點：l、以砂帶為磨削工具進行了汽輪機葉片的數(shù)控磨削加工，具有磨削精度好、磨削效率高、磨削抗力小、功率消耗低等優(yōu)點；在進行了機床運動學(xué)分析的基礎(chǔ)上，建立葉片四軸磨削數(shù)控機床運動學(xué)模型，確定了四聯(lián)動汽輪機葉片數(shù)控砂帶磨床結(jié)構(gòu)的配置；以五軸四聯(lián)動運動形式實現(xiàn)對汽輪機葉片的磨削加工，與國外昂貴的六軸聯(lián)動葉片磨床相比，具有機床結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低的特點，適合我國國情，填補國內(nèi)汽輪機葉片數(shù)控砂帶磨床的空白。經(jīng)樣機磨削試驗結(jié)果表明，本課題所開發(fā)研制的汽輪機葉片數(shù)控砂帶磨床是成功的。但通過葉片的實際磨削試驗也暴露了所研制樣機存在的不足，包括：l、以手動旋轉(zhuǎn)工作臺所改造的數(shù)控轉(zhuǎn)臺，其蝸輪蝸桿傳動反向間隙較大，不能滿足葉片加工的精度要求，尚須選用精度較高的數(shù)控轉(zhuǎn)臺；由于機床磨頭為懸臂結(jié)構(gòu)，剛性略顯不足，工作時有輕微振動，需要對磨頭結(jié)構(gòu)作進一步改進。經(jīng)分析以CZOXB配置形式的機床結(jié)構(gòu)，將更適合葉片砂帶的磨削加工