【正文】 交流主軸電動(dòng)機(jī)多采。 5)散熱性能好。 3)有寬的調(diào)速范圍，可高速運(yùn)轉(zhuǎn)。 永磁式同步型交流伺服電動(dòng)機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)有: 1)可靠性高，易維護(hù)保養(yǎng)。在進(jìn)給伺服系統(tǒng)中，大多數(shù)采用同步型交流伺服電動(dòng)機(jī)，它的轉(zhuǎn)速是由供電頻率所決定，即在電源電壓和頻率不變時(shí)，它的轉(zhuǎn)速恒定不變。要具有較強(qiáng)的抗干擾能力，保證進(jìn)給速度均勻、平穩(wěn)，從而使得能夠加工出粗糙度低的零件。即伺服系統(tǒng)的速度響應(yīng)要快。通常，脈沖當(dāng)量越小，機(jī)床的位移精度越高。伺服系統(tǒng)的位移精度是指指令要求機(jī)床工作臺(tái)進(jìn)給的位移量和該指令脈沖經(jīng)伺服系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為工作臺(tái)實(shí)際位移量之間的符合程度。不僅要滿足低速切削進(jìn)給的要求，而且還要能滿足高速進(jìn)給的要求。 數(shù)控機(jī)床對(duì)交流伺服系統(tǒng)的性能要求 交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是指以機(jī)床移動(dòng)部件(如工作臺(tái)等)的位置和速度作為控制量的自動(dòng)控制系統(tǒng)。一般二階及二階以上的系統(tǒng)接收到一個(gè)突變的指令時(shí)，其輸出在一個(gè)短暫的時(shí)間內(nèi)可能會(huì)超過(guò)最終的輸出值，這個(gè)超出最終值的量的最大值即為超調(diào)量。 調(diào)整時(shí)間是指系統(tǒng)輸入從零突變?yōu)榉€(wěn)態(tài)值時(shí)，系統(tǒng)輸出達(dá)到最終輸出值的90%時(shí)所需要的時(shí)間。自然頻率是系統(tǒng)無(wú)阻尼時(shí)自身的振蕩頻率，它反映了系統(tǒng)對(duì)外部指令響應(yīng)的快慢程度，自然頻率越高響應(yīng)越快。所以，T40加工中心的系統(tǒng)增益應(yīng)按照上述要求進(jìn)行配置，這樣才能使伺服系統(tǒng)具有穩(wěn)定性好、位置和速度分辨率高。當(dāng)Ks取值為(8～50)s1時(shí)，則稱(chēng)為軟伺服。為了減小速度跟蹤誤差，必須增大系統(tǒng)增益Ks。 系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)時(shí)的放大倍數(shù)稱(chēng)為系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)增益。誤差定義為期望輸出與實(shí)際輸出之差。動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)含自然頻率、阻尼比或過(guò)渡時(shí)間、超調(diào)量等。 交流伺服系統(tǒng)的性能指標(biāo) 交流伺服系統(tǒng)的性能指標(biāo)包括靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩方面。交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)是交流電機(jī)容易維修，制造簡(jiǎn)單，易于向大容量、高速度方向發(fā)展，適合于在較惡劣的環(huán)境中使用。但直流電機(jī)一個(gè)最大的特點(diǎn)是具有電刷和機(jī)械換向器，這限制了它向大容量、高電壓、高速度方向的發(fā)展，使其應(yīng)用受到限制。直流大慣量伺服電機(jī)具有良好的寬調(diào)速性能，輸出轉(zhuǎn)矩大，過(guò)載能力強(qiáng)，而且，由于電機(jī)慣性與機(jī)床傳動(dòng)部件的慣量相當(dāng)，構(gòu)成閉環(huán)后易于調(diào)整。圖43數(shù)控機(jī)床半閉環(huán)控制框圖 目前，中高檔的數(shù)控機(jī)床大多數(shù)采用閉環(huán)、半閉環(huán)控制，T40臥式加工中心采用閉環(huán)控制。由于閉環(huán)環(huán)路內(nèi)不包括絲杠、螺母副及工作臺(tái)，所以可獲得比較穩(wěn)定的控制特性。圖42數(shù)控機(jī)床閉環(huán)控制框圖半閉環(huán)控制((SemiClosed Loop Control)數(shù)控機(jī)床這類(lèi)數(shù)控機(jī)床將檢測(cè)元件安裝在電機(jī)的端頭或絲杠的端頭。其控制框圖如圖42所示。圖41數(shù)控機(jī)床開(kāi)環(huán)控制圖閉環(huán)控制(Closed Loop Control)數(shù)控機(jī)床這類(lèi)數(shù)控機(jī)床帶有位置檢測(cè)反饋裝置。 開(kāi)環(huán)控制(Open Loop Control)數(shù)控機(jī)床這類(lèi)數(shù)控機(jī)床不帶位置檢測(cè)反饋裝置，CNC裝置輸出的指令脈沖經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路的功率放大，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，再經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)，其控制框圖如圖41所示。它能準(zhǔn)確地執(zhí)行CNC裝置發(fā)出的位置和速度指令信號(hào)，由伺服驅(qū)動(dòng)電路作一定的轉(zhuǎn)換和放大后，經(jīng)伺服電動(dòng)機(jī)(步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、交流或直流伺服電動(dòng)機(jī)等)和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)等運(yùn)動(dòng)部件實(shí)現(xiàn)工作進(jìn)給、快速運(yùn)動(dòng)以及位置控制。(3)為了更好地使齒輪嚙合，在液壓缸和電磁電機(jī)動(dòng)作過(guò)程中，控制主軸做輕微的來(lái)回?cái)[動(dòng)，這樣可以縮短換檔時(shí)間，同時(shí)也避免齒輪硬頂造成撞傷和精度損壞。主軸自動(dòng)換檔PLC程序設(shè)計(jì)中，必須注意的是:(1)為了使主軸換檔不致于混亂，在PLC程序的初始化模塊中，使系統(tǒng)一通電就掃描加工中心檔位檢測(cè)開(kāi)關(guān)，在數(shù)據(jù)塊中設(shè)置“當(dāng)前檔位”，對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行初始化。當(dāng)換檔到位后，檢測(cè)開(kāi)關(guān) ()發(fā)出齒輪換檔到位信號(hào)，換檔結(jié)束。NCK根據(jù)S指令所要求的速度所屬檔位判斷當(dāng)前檔位和目標(biāo)檔位是否一致，如果不一致則執(zhí)行相應(yīng)的換檔程序，在執(zhí)行換檔時(shí)，PLC首先檢查主軸是否處于停轉(zhuǎn)狀態(tài)，如果未停，則PLC向NCU發(fā)出“主軸停止”命令，使主軸停止。主軸轉(zhuǎn)速用S代碼4位十進(jìn)數(shù)編程直接給定，如果S設(shè)定的轉(zhuǎn)速小于12rpm，則限定速度為12rpm,若S設(shè)定的速度大于6000rpm，則限定主軸速度為6000rpm。NCK控制系統(tǒng)依據(jù)不同的檔位給主軸驅(qū)動(dòng)裝置發(fā)出不同的指令電壓，對(duì)應(yīng)主軸電動(dòng)機(jī)不同的轉(zhuǎn)速。該主軸換檔利用一個(gè)電磁換向閥()控制一個(gè)液壓缸來(lái)推動(dòng)二聯(lián)齒輪移動(dòng)，和一個(gè)電磁電動(dòng)機(jī)()來(lái)推動(dòng)齒輪內(nèi)、外嚙合來(lái)實(shí)現(xiàn)。從而實(shí)現(xiàn)主傳動(dòng)系統(tǒng)的分段無(wú)級(jí)調(diào)速。托板交換的左、右坐標(biāo)(X軸)位置通過(guò)機(jī)床參數(shù)設(shè)定，當(dāng)工作臺(tái)處于交換位置進(jìn)行托板更換時(shí)，要確保X軸進(jìn)給封鎖，以避免在托板交換過(guò)程中出現(xiàn)交換故障。圖37程序塊FC81, FC71和FC70的取刀、換刀和送刀控制流程圖 圖38中，當(dāng)執(zhí)行M60指令后，首先檢測(cè)工作臺(tái)上有無(wú)托板，如果沒(méi)有托板，則首先判斷在左側(cè)還是右側(cè)裝載，然后工作臺(tái)直接移動(dòng)到要裝載托板的位置處，進(jìn)行托板裝載(FC55或者FC56 )。子程序FC55, FC56分別控制左側(cè)和右側(cè)托板裝載，F(xiàn)C57, FC58分別控制左側(cè)和右側(cè)托板的卸載。機(jī)床完成加工循環(huán)后自動(dòng)交換托板，使裝卸工件與切削加工同時(shí)進(jìn)行，提高工作效率。為了消除零偏，使閥零位時(shí)輸出流量為零，給比例閥施加了一個(gè)約2%的偏置電流，解決了這一問(wèn)題。分析原因主要是由于比例換向閥的零位泄漏造成的。在調(diào)試自動(dòng)換刀系統(tǒng)時(shí)要確保每個(gè)動(dòng)作的初始位置準(zhǔn)確，其中最主要的位置是換刀位置，必須保證主軸中心線與抓刀機(jī)械手夾持的刀具中心線重合。FC81完成取刀控制:FC71完成換刀過(guò)程。 取刀、換刀和送刀當(dāng)?shù)毒咦R(shí)別完成后就進(jìn)入機(jī)械手取刀、換刀和送刀過(guò)程，其整個(gè)控制流程如圖37所示。首先從PLC地址中讀取DW62的刀套號(hào)，然后按照“近路”移動(dòng)原則去尋找刀套。在流程圖中，對(duì)數(shù)字“30的判斷是否來(lái)確定刀庫(kù)選刀的正反轉(zhuǎn)。當(dāng)PLC接收到NC系統(tǒng)更換新刀具的指令Txx后，在模擬的刀庫(kù)數(shù)據(jù)表中進(jìn)行數(shù)據(jù)檢索，檢索到T代碼給定的刀具號(hào)時(shí)，便將該刀具號(hào)所在的刀套號(hào)即數(shù)據(jù)表中的地址DWxx存放在另一個(gè)地址DW61中(原DW61中的內(nèi)容同時(shí)被移存到DW62中)，這個(gè)地址就是新選刀具在刀庫(kù)中的目標(biāo)位置。其實(shí)質(zhì)是把刀具的識(shí)別轉(zhuǎn)換為對(duì)刀套的識(shí)別。如表31所示。刀具編號(hào)和刀套編號(hào)一一對(duì)應(yīng)，設(shè)定好之后不能隨意改變。刀庫(kù)選刀的另一個(gè)特點(diǎn)是選用“近路”移動(dòng)原則，即根據(jù)程序指令把工序需要的刀具移動(dòng)到換刀位置時(shí)，都要向小于刀庫(kù)半圈的方向移動(dòng)，以節(jié)省選刀時(shí)間。一種是刀具號(hào)與刀套號(hào)對(duì)應(yīng)的方式，一種是刀具號(hào)與刀套號(hào)隨機(jī)交換的方式，該加工中心的自動(dòng)換刀控制方式選用的前一種方式。PLC編程中要對(duì)刀具更換裝置和刀庫(kù)的機(jī)械零位在系統(tǒng)上電開(kāi)機(jī)時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，零位設(shè)置要充分考慮安全性和可維修性。實(shí)現(xiàn)換刀，換刀結(jié)束后進(jìn)行送刀。然后擺臂逆時(shí)針擺動(dòng)90176。當(dāng)執(zhí)行M06換刀時(shí)，PLC程序首先尋找要更換的刀具Txx，然后擺臂順時(shí)針擺動(dòng)21176。機(jī)械手架上裝有抓刀機(jī)械手I和II。如圖35所示，刀庫(kù)安裝在一個(gè)焊接的支承系統(tǒng)上，由比例換向閥控制擺臂液壓缸驅(qū)動(dòng)擺臂動(dòng)，實(shí)現(xiàn)三個(gè)基本位置:刀庫(kù)位置(T)、停放位置(P)和主軸位置(F)。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(hào)與NCU端口上X121相連。圖34 ( c)所示為手輪信號(hào)線接線圖。通過(guò)FC86程序塊實(shí)現(xiàn)手輪控制，圖34(b)所示為程序塊FC86控制流程圖。手輪在加工中心中功能非常重要，它操作靈活，功能明確，既可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)對(duì)刀，也可以做自動(dòng)加工的手動(dòng)調(diào)整，它給機(jī)床操作人員帶來(lái)極大方便。它是一種典型光電式位置控制元件，隨著手輪的正反向轉(zhuǎn)動(dòng)可將其轉(zhuǎn)過(guò)的角度大小轉(zhuǎn)變?yōu)楹形恢煤头较蛐畔⒌拿}沖序列，在控制程序處理下能驅(qū)動(dòng)加工中心各軸運(yùn)動(dòng)。手輪脈沖信號(hào)線與NCU的X121端口相連接。IM361是PLC輸入/輸出接口模塊。組態(tài)就是對(duì)可編程控制器(PLC)的電源(PS)、微處理器(CPU)、接口模塊((IM),信號(hào)輸入輸出模塊((SM)等安排位置并為之分配地址，以適應(yīng)程序編制的要求。若用戶還要編寫(xiě)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。 s亮(如JOG等) 在OBI中插入一個(gè)Network并編入 A (Feed on LED) = (軸1的第1位置測(cè)量生效) = (軸1的控制使能生效) = (軸1的脈沖使能生效) = (軸2的第1位置測(cè)量生效)= (軸2的控制使能生效) = (軸2的脈沖使能生效) A (Spindle on LED) (主軸的第1位置測(cè)量生效) (主軸的控制使能生效) (主軸的脈沖使能生效) Save并Download成功后，兩進(jìn)給軸及主軸可以運(yùn)轉(zhuǎn)。 打開(kāi)Project的OBI，在Call Fc2指令的下一行輸入。將Project下的Block中的內(nèi)容“Download”(下載)到期840D中(此前PLC應(yīng)置為Stop, S4擰到“2”的位置)，下載成功后，將S4擰到“0”，并按一下復(fù)位，此時(shí)MCP上的LCD39。 3)后將“S4”緩慢擰動(dòng)，由“3”→“2”→“1”→“0”,此時(shí)，CCU上的兩排LED中右排的紅燈應(yīng)滅掉，僅剩右上的一個(gè)綠燈亮，這樣就完成了PLC內(nèi)存的總清。按一下“Reset”鍵(在840DCCU上)，等到CCU上的數(shù)碼管顯示為“6”。 運(yùn)行S7: 新建一個(gè)Project，建好后，再File\Open\Library(在Browse下找到C:\Gp840D\Gp8xod53\Gp8xod)打開(kāi)Gp8xod中的Bausieine(德文=Blooks )，將GP8xod中的Bausieine中的所有塊復(fù)制到新建的Project下的Blooks中。S7程序的組成包括: OBOrganization Block 組織塊，其中OBI是主模塊程序的入口 FCFunction 功能 FBFunction Block 功能塊 DBData Block 數(shù)據(jù)塊 SFCSystem Function 系統(tǒng)功能SFBSystem Function Block 系統(tǒng)功能塊 S7300PLC基本程序調(diào)整當(dāng)拿到840D系統(tǒng)時(shí)，一般同時(shí)得到若干張軟盤(pán)，其中一張“TookboxPLC_ Basic Program”的軟盤(pán)，操作步驟如下: A:\\: \840D(可以自己新建一個(gè)文件夾)。 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。 PLC編程有如下兩步: 1) PLC系統(tǒng)組態(tài):配置PLC的CPU、電源、I/O類(lèi)型和地址，配置擴(kuò)展機(jī)架。S7300系列的PLC是一種中型PLC.S7300采用模塊化設(shè)計(jì)，在一塊機(jī)架底板上可安裝電源、CPU、信號(hào)模板、通信處理器等多種模塊，其中CPU上有一標(biāo)準(zhǔn)化MPI接口，它既是編程接口，又是數(shù)據(jù)通行接口，使用S7協(xié)議，通過(guò)此接口PLC之間或與上位計(jì)算機(jī)之間都可進(jìn)行通信，從而組成多點(diǎn)接口MPI網(wǎng)絡(luò)。S7系列在功能和使用上都比原S5系列有了很多改進(jìn)，性能價(jià)格比更優(yōu)。 S7300PLC技術(shù)性能與程序調(diào)整 840D數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部集成S7300型PLC，屬于獨(dú)立型。 伺服控制主軸和伺服進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置的使能信號(hào)，以滿足數(shù)字式交流伺服驅(qū)動(dòng)的條件，通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)交流伺服電機(jī)。這些開(kāi)關(guān)包括各類(lèi)控制開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)、壓力開(kāi)關(guān)和溫控開(kāi)關(guān)等。 :機(jī)床操作面板控制MCP將機(jī)床面板上的控制信號(hào)直接送入PLC，以控制數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)行。除了對(duì)機(jī)床各坐標(biāo)軸的位置進(jìn)行連續(xù)控制外，還對(duì)主軸啟動(dòng)和停止、刀庫(kù)及換刀機(jī)械手、工作臺(tái)托板交換、氣液壓、冷卻和潤(rùn)滑等輔助動(dòng)作進(jìn)行順序控制。作用是配合CNC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)刀具的軌跡控制和機(jī)床順序控制。西門(mén)子公司的SIMATICS7300可編程序控制器如圖33所示。獨(dú)立型PLC一般采用模塊化結(jié)構(gòu)，裝在插板式機(jī)籠內(nèi)，I/O點(diǎn)數(shù)和規(guī)?？赏ㄟ^(guò)I/O模塊的增減靈活配置。 2)獨(dú)立型PLC 獨(dú)立型PLC是完全獨(dú)立于CNC裝置、具有完備的硬件和軟件功能、能夠獨(dú)立完成CNC系統(tǒng)規(guī)定控制任務(wù)的裝置。 在系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)上，內(nèi)裝型PLC可與CNC共用一個(gè)CPU，內(nèi)裝型PLC一般單獨(dú)制成一電路板，插裝到CNC主板的插座上，PLC與所從屬CNC裝置之間的信號(hào)傳送均在其內(nèi)部進(jìn)行，不單獨(dú)配置I/O接口，而是使用CNC裝置本身的I/O接口，PLC控制部分及部分I/O電路所用電源由CNC裝置提供。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。 1)內(nèi)裝型PLC 內(nèi)裝型PLC是指PLC內(nèi)置于CNC裝置內(nèi)，從屬于CNC裝置，與CNC裝置集于一體。完成自檢后，CPU又從存儲(chǔ)器的OOOOH地址重新開(kāi)始掃描運(yùn)行。接入編程器時(shí)，也對(duì)編程器的輸入產(chǎn)生響應(yīng)，并更新其顯示。掃描從OOOOH地址所存儲(chǔ)的第一條用戶程序開(kāi)始，順序進(jìn)行，直到存儲(chǔ)器結(jié)尾或用戶程序的最后一個(gè)地址為止，形成一個(gè)掃描循環(huán)，周而復(fù)始。3)工作過(guò)程PLC的工作過(guò)程是在硬件的支持下運(yùn)行軟件的過(guò)程，如圖32所示：圖32 PLC的掃描過(guò)程 通過(guò)編程器將用戶程序順序輸入用戶存儲(chǔ)器，CPU對(duì)用戶程序循環(huán)掃描并順序執(zhí)行，這是PLC的基本工作方式。目前已能達(dá)到lOmin內(nèi)排除故障，恢復(fù)生產(chǎn)。(5)安裝簡(jiǎn)單維修方便PLC對(duì)環(huán)境的要求不高，使用時(shí)只需將執(zhí)行設(shè)備及檢測(cè)器件與PLC的I/O端子連接無(wú)誤，系統(tǒng)即可工作。(3)編程簡(jiǎn)單PLC沿用了梯形圖編程簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，易于現(xiàn)場(chǎng)操作人員理解和掌握。在軟件方面采取了故障自診斷、信息保護(hù)與恢復(fù)等，從而可以直接應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。2)PLC的特點(diǎn)