【正文】 其中 0～ +10V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 ） 。 第三篇 控制電路設(shè)計(jì) 第一章 電路設(shè)計(jì) 第一節(jié) 主軸電路設(shè)計(jì) C616數(shù)控車(chē)床主軸采用變頻器驅(qū)動(dòng)三相交流異步電機(jī)實(shí)現(xiàn)主軸無(wú)級(jí)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。而且價(jià)格適中，具有很高的性?xún)r(jià)比，可以很好的滿(mǎn)足設(shè)備數(shù)控改造的要求。 而原 來(lái)依靠 人工和機(jī)械傳動(dòng)加工零件的方法 不能 太原理工大學(xué)陽(yáng)泉學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 22 滿(mǎn)足精度要求，對(duì)該機(jī)床實(shí)行數(shù)控化改造是滿(mǎn)足這一要求最經(jīng)濟(jì)、最有效的方法。雖然數(shù)控機(jī)床的優(yōu)勢(shì)很大，但是對(duì)于機(jī)械制造企業(yè)，單純地靠購(gòu)買(mǎi)數(shù)控機(jī)床來(lái)解決現(xiàn)狀，一方面需要大量的資金投入，另一方面，將原有的普通機(jī)床閑置起來(lái)， 勢(shì)必造成一種浪費(fèi)。相比較而言， 普通機(jī)床已不適應(yīng)多品種、小批量的生產(chǎn) 要求，而數(shù)控機(jī)床是綜合了微電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、自動(dòng)檢測(cè)等先進(jìn)技術(shù)的新型機(jī)床，最適宜加工小批量、高精度、形狀復(fù)雜、生產(chǎn)周期要求短的零件。 SINUMERIK 802D 使用的 PLC 編程工具是 STEP 7Micro/WIN 32。輸入輸出模塊 PP72P/48 提供72 位數(shù)字輸入和 48 位數(shù)字輸出，一個(gè)系統(tǒng)中最多可配置兩塊 PP72/48。802D 最多可控制 4 個(gè)數(shù)字進(jìn)給軸和 1 個(gè)主軸，其中主軸既有數(shù)字接口，也可通過(guò)模擬接口控制。 太原理工大學(xué)陽(yáng)泉學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 21 第二篇 西門(mén)子 802D 數(shù)控系統(tǒng)介紹 第一章 802D 數(shù)控系統(tǒng)的基本功能 SINUMERIK 802D 數(shù)控系統(tǒng)是西門(mén)子公司推出的一款經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng) ， 包括面板控制單元 （ PCU） 、鍵盤(pán)、機(jī)床控制面板 （ MCP） 、 SIMODRIVE 模塊式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、帶編碼器的 1FK7 伺服電機(jī)、 I/O 模塊 PP72/4電子手輪等。安裝新設(shè)計(jì)的齒輪箱及滾珠絲杠副 。 第二節(jié) 主要研究?jī)?nèi)容 對(duì)普通車(chē)床進(jìn)行數(shù)控化改造，主要有以下幾種方法：一種是以微機(jī)作為控制元件，通過(guò)對(duì)機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行改造，采用步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)；第二種是以可編程控制器作為控制元件，替代機(jī)床繼電器和接觸器組成的電氣控制部分，是為了提高機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)的可靠性；第三種方法采用的數(shù)控設(shè)備來(lái)控制機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)，其伺服進(jìn)給為步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。 第五章 本文的選題及主要研究?jī)?nèi)容 第一節(jié) 本文的選題 目前，在機(jī)械加工企業(yè)中，有許多舊式普通車(chē)床，為了機(jī)床適應(yīng)小批量、多品種、復(fù)雜零件的加工， 充分利用普通車(chē)床，就需要對(duì)普通車(chē)床進(jìn)行數(shù)控化改造。 機(jī)械電子工業(yè)部第五設(shè)計(jì)研究所，配合天津市機(jī)械局負(fù)責(zé)天津的 GT 歸劃和推廣工作。 輕工部輕工機(jī)械總公司的 GT 研究所，在輕工部巳順利地推廣了 10多個(gè)廠(chǎng)，都是 太原理工大學(xué)陽(yáng)泉學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 20 全面采用 GT 的。這樣各倉(cāng)庫(kù)及生產(chǎn)車(chē)間沒(méi)有產(chǎn)品多少的概念，他們只有各類(lèi)零件的生產(chǎn)數(shù)量。然后根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃，將提前準(zhǔn)備好的毛坯與附料投入加工車(chē)間生產(chǎn)。查庫(kù)存件可得出外購(gòu)與要生產(chǎn)各種零件的件數(shù)。最值得提出的是生產(chǎn)管理的軟件，它具有 MRP2的雛形。這個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行 3年，并取得了可喜的經(jīng)濟(jì)效益。 從以上不難看出，我國(guó) GT 已通過(guò)了試點(diǎn)階段，完全可以象國(guó)外一樣，進(jìn)入到成熟推廣階段。我們不但有局部試驗(yàn)性采用 GT 的經(jīng)驗(yàn)，而且 已有全廠(chǎng)性采用 GT 的經(jīng)驗(yàn)，例如濟(jì)南第二機(jī)床廠(chǎng)等。我國(guó)已有眾多的 GT 系統(tǒng)，首先我們有 14個(gè)部門(mén)聯(lián)合編制的適用于各種產(chǎn)品的 JLBM1系統(tǒng)，航天、農(nóng)機(jī)、機(jī)床輕工等部門(mén)和一些工廠(chǎng)已有開(kāi)發(fā)的零件編碼分類(lèi)系統(tǒng)?；貞浳覈?guó) GT 所走過(guò)的 10年道路，克服了重重困難，終于走出了我國(guó)自己 GT 道路， GT 得到各方面的承認(rèn)，很多人知道了 GT 向計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng) CIMS 的基礎(chǔ)和橋梁。 在機(jī)器制造業(yè)的發(fā)展中，成組技術(shù)是 CAD、 CAPP、 CAM、 FMS 及 CIM 的基礎(chǔ)，而今天許多人尚未認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)，這在國(guó)外是有深刻教訓(xùn)的，中國(guó)應(yīng)吸取這一教訓(xùn)，不應(yīng)再走這一彎路， CAPP 是 CIM 實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵之所在，沒(méi)有 CAPP 就無(wú)法實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)到制造的一體化連接，這 點(diǎn)應(yīng)引起我們足夠的重視。該系統(tǒng)還被列入1984世界上有代表性 55個(gè) CAPP 系統(tǒng)名單之內(nèi)。國(guó)外在六十年代開(kāi)始研究 CAPP，七十年代達(dá)到實(shí)用階段，但至今真正實(shí)用的也為數(shù)不多。這里首先在 CAPP（ 計(jì)算機(jī)輔助工藝過(guò)程設(shè)計(jì) ） 上取得成果。在分類(lèi)編碼方面，除由機(jī)械部審定的機(jī)械零件分類(lèi)編碼系統(tǒng)“ JLBMr 系統(tǒng)”外，各部門(mén)和企業(yè)結(jié)合本身實(shí)際情況制訂出幾十種分類(lèi)編 碼系統(tǒng)，已收入成組技術(shù)研究情報(bào)網(wǎng)主編的《分類(lèi)編碼系統(tǒng)》，此書(shū)中的分類(lèi)編碼就有十六種之多。 初步應(yīng)用當(dāng)然也帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效果，近年來(lái)有十個(gè)單位還進(jìn)行了大規(guī)模鑒定會(huì)，其中重要的都刊登在《成組生產(chǎn)系統(tǒng)》雜志上。取得這樣的成績(jī)，當(dāng)然是十分可貴的，但這樣做實(shí)際上還是把 GT 局限在成組加工方面。開(kāi)始時(shí)花了大量時(shí)間搞分類(lèi)編碼系統(tǒng)，再把零件編碼和分零件組，然后按工藝路線(xiàn)和設(shè)備負(fù)荷布置成組一單元。 黨的十一屆三中全會(huì)以后，在原第一機(jī)械工業(yè)部和中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)的領(lǐng)導(dǎo)下，成組技術(shù)的研究和推廣逐步恢復(fù)，于 1980年年底成立全國(guó)性的“ GT 研究情報(bào)網(wǎng)”及籌備專(zhuān)門(mén)雜志。該廠(chǎng)的成組流水線(xiàn)加工形式延用至今，仍在發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益，且在生產(chǎn)周期和 成本上一直居于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位。此課題目前仍在進(jìn)行中。 然而，盡管新的方法不斷提出，但這些方法都是生產(chǎn)流程分析 （ PFA） 方法的延伸，各種方法的效果大體相同。Ham， 1985） 外，仍不斷有新的聚類(lèi)方法提出。除過(guò)去已有的單鏈聚類(lèi)分析 （ Mc Auley， 1972） 、結(jié)合能法 （ Mc Corwick， 1972） 、排序聚類(lèi)分析 （ King， 1980） 、直接聚類(lèi)分析 （ Chanamp。 零件按相 似性的聚類(lèi)成組，是成組技術(shù)的核心。一些研究機(jī)構(gòu)也結(jié)合成組技術(shù)在 CIM 領(lǐng)域中的應(yīng)用，發(fā)展成組技術(shù)，如前面提到的美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局等。在這些院校中，許多攻讀碩士或博士學(xué)位的研究生的研究課題是成 組技術(shù)方面或與成組技術(shù)有關(guān)的課題。他們甚至不能等待整個(gè)工作的完成，而希望為他們提前建立可供單獨(dú)使用的小系統(tǒng) ． 這些部門(mén)感到迫切的原因是，根據(jù)零件或產(chǎn)品的編碼和零件組的劃分所提供的粗略信息，他們可以盡快地答復(fù)用戶(hù)訂貨過(guò)程中有關(guān)價(jià)格、交貨期等問(wèn)題，并可把訂貨的產(chǎn)品盡快納入生產(chǎn)計(jì)劃。 太原理工大學(xué)陽(yáng)泉學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 17 （ 三 ）與我國(guó)推行成組技術(shù)的情況恰恰相反，美國(guó)一些企業(yè)實(shí)施成組技術(shù)的過(guò)程中，最積極、最迫切的常常是計(jì)劃、供銷(xiāo)和財(cái)務(wù)部門(mén)。但事實(shí)表明， MRPg系統(tǒng)如不與成組技術(shù)相結(jié)合，各個(gè)生產(chǎn)部門(mén)和各項(xiàng)生產(chǎn)活動(dòng)之間將無(wú)法溝通信息 ． 因此盡管 MRPg 系統(tǒng)本身的功能很強(qiáng)，卻無(wú)法在企業(yè)中使用。在美國(guó)獲得廣泛應(yīng)用的 MRPY 系統(tǒng)，其涉及范圍已包括了工廠(chǎng)中的一切生產(chǎn)活動(dòng)。人們稱(chēng)這種企業(yè)是從“后門(mén)”進(jìn)入成組技術(shù)領(lǐng)域 ． 目前許多開(kāi)始實(shí)施成組技術(shù)的企業(yè)，都將開(kāi)發(fā)和應(yīng)用 CAPP 系統(tǒng)做為實(shí)施成組 技術(shù)整個(gè)計(jì)劃的一部分，使 CAPP 系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用建立在成組技術(shù)的基礎(chǔ)之上 ． （ 二 ）成組技術(shù)與 MRP 結(jié)合 MRP 的含義是材料要求計(jì)劃 （ Material Requirement Planning） ． 過(guò)去的 MRP 系統(tǒng)僅用于制訂生產(chǎn)過(guò)程中材料與零件的供應(yīng)計(jì)劃，以保證產(chǎn)品的均衡。這些特點(diǎn)是 ： （ 一 ）成組技術(shù)與 CAPP 結(jié)臺(tái) CAPP 系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，離不開(kāi)成組技術(shù) ． 不僅檢索式的 LAPP 系統(tǒng)必須在按成組技術(shù)的原理形成零件組的基礎(chǔ)上建立和使用，即使創(chuàng)成式的 CAPP 系統(tǒng)也同樣需要應(yīng)用成組技術(shù)。成組技術(shù)在美國(guó)的不斷擴(kuò)大應(yīng)用，有以下一些特點(diǎn)。成組技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合，也遠(yuǎn)不限于在零件編碼、分組和建立生產(chǎn)單元等工作中。 當(dāng)前，成 組技術(shù)在美國(guó)的不斷擴(kuò)大應(yīng)用具有時(shí)代的特點(diǎn)。 該研究項(xiàng)目旨在幫助 National Fe 公司逐步全面應(yīng)用成組技術(shù)，以提高企業(yè)的生產(chǎn)水平。如美國(guó)賓西法尼 亞洲 政府建立了以富蘭克林命名的“本美國(guó) 政府和一些州的政府也重視成組技術(shù)在提高工業(yè)生產(chǎn)水平中的重要作用。除了過(guò)去十余年中，已經(jīng)先后實(shí)施成組技術(shù)的企業(yè)，如 Boeing 公司、 Lockheed 公司、 Cincinnation 公司等一大批企業(yè)外，正有另一批企業(yè)還一覺(jué)醒，邁出了應(yīng)用成組技術(shù)的新步伐。成組技術(shù)在美國(guó)，實(shí)際上是處在穩(wěn)步發(fā)展的形勢(shì)下。目前，成組技術(shù)的研究?jī)?nèi)容早已超出成組加工，成為包括設(shè)計(jì)、 制造、裝配、管理各方面，涉及設(shè)計(jì)、工藝、人事、財(cái)務(wù)、銷(xiāo)售、供應(yīng)等各部門(mén)的完整知識(shí)。許多工廠(chǎng)和科研單位又正在加緊引入現(xiàn)代化的制造系統(tǒng)，如 FMC（ 柔性制造單元 ） 、 FMS（ 柔性制造系統(tǒng) ） 等，并向世界各國(guó)為之努力的 CIM（ 計(jì)算機(jī)集成制造 ） 目標(biāo)邁進(jìn) ，這些工作促使 GT（ 成組技術(shù) ） 不斷有新的發(fā)展，并成為構(gòu)筑未來(lái)工廠(chǎng)的基石。 第三節(jié) 成組技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 我國(guó)推廣 GT—— 成組技術(shù) 30年，成績(jī)是肯定的，但總的來(lái)說(shuō)，進(jìn)展緩慢，效果不盡如人意，尤其是一些單位熱閑一陣子之后不了了之，令人惋惜。在美國(guó)空軍的 ICAM（ Intergrated Computer 太原理工大學(xué)陽(yáng)泉學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 15 Aided Manufacturing） 計(jì)劃中，產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造和管理正是通過(guò)成組技術(shù)連接起來(lái)的，而且稱(chēng)作“任務(wù)Ⅱ” （ Task Ⅱ ） 工作的主要內(nèi)容就是發(fā)展適合于 ICAM 需要的成組技術(shù)，并把分類(lèi)編碼系統(tǒng)在 ICAM 中的作用看作是連接系統(tǒng)中各有關(guān) 環(huán)節(jié)的“粘接劑”。企 業(yè)的信息包括從產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造到生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)與管理的所有信息。這種 FMS 的生產(chǎn)單元實(shí)現(xiàn)了工藝工程的全部柔性自動(dòng)化，從而把成組技術(shù)的實(shí)施提高到一個(gè)新的水平。因此可以把成組技術(shù)作為建立 FMS 的基礎(chǔ)。 成組技術(shù)正是以相似原理為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)加工對(duì)象恰當(dāng)?shù)胤纸M，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的合理組織與分工的一種技術(shù)。因此，要建立 FMS，首先就要合理的確定系統(tǒng)加工對(duì)象的變化范圍，從而決定系統(tǒng)應(yīng)具有的柔性大小。然而，一個(gè)柔性制造系統(tǒng)適應(yīng)加工對(duì)象的變化，總有一定范圍。這一切不僅有利于編制生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)指令和調(diào)度計(jì)劃工作的簡(jiǎn)化，而且能使整 個(gè)生產(chǎn)管理工作向著科學(xué)化和現(xiàn)代化的方向發(fā)展。 在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造工藝方面實(shí)施成組技術(shù)的企業(yè)其生產(chǎn)管理方法也必須相應(yīng)改變。 在生產(chǎn)組織中，采用成組單元或成組流水線(xiàn)，可以縮短零件的運(yùn)輸路線(xiàn)，提高生產(chǎn)單元或系統(tǒng)的 柔性。 成組技術(shù)是修訂式 CAPP 系統(tǒng)的基礎(chǔ)，零件編碼與分組在修訂式 CAPP 系統(tǒng)中具有重要作用。 在成組技術(shù)原理指導(dǎo)下，為完成成組工序而設(shè)計(jì)、制造的專(zhuān)用夾具稱(chēng)為成組夾具。 復(fù)合零件法是指按復(fù)合零件設(shè)計(jì)的成組工藝過(guò)程。 成組工藝過(guò)程是指針對(duì)一組相似的所有零件而設(shè)計(jì)的工藝過(guò)程，其設(shè)計(jì)方法有復(fù)合零件法和復(fù)合路線(xiàn)法。此外，產(chǎn)品增加了對(duì)老產(chǎn)品的繼承性，使老產(chǎn)品生產(chǎn)中所積累的許多經(jīng)驗(yàn)，能在新產(chǎn)品生產(chǎn)中加以充分利用。 新產(chǎn)品設(shè)計(jì)中盡量利用原有的設(shè)計(jì)，為制造工藝領(lǐng)域增強(qiáng)了相似性，是企業(yè)生產(chǎn)的零件品種大為減少，從而大大節(jié)省工藝過(guò)程設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)和制造的時(shí)間、費(fèi)用。 GTCAD 系統(tǒng)，又叫檢索式 CAD 系統(tǒng)，是指以成組技術(shù)為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)。如果一個(gè)企業(yè)每年要設(shè)計(jì) 2500 個(gè)新零件，則每年可減少 75 萬(wàn)美元的設(shè)計(jì)費(fèi)用。美國(guó)的企業(yè)中，每設(shè)計(jì)一個(gè)新零件所需要的設(shè)計(jì)費(fèi)用，平均約為 2021 美元。這就得大大減少了設(shè)計(jì)人員的重復(fù)勞動(dòng)。只有當(dāng)原有零件圖均不能利用時(shí)，才重新設(shè)計(jì)新零件。 在產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)施重組技術(shù)，通過(guò)對(duì)企業(yè)中已設(shè)計(jì)、制造過(guò)的零件編碼和分組可建 太原理工大學(xué)陽(yáng)泉學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 13 立起設(shè)計(jì)圖紙和資料的檢索系統(tǒng)。在多品種、中小批量生產(chǎn)企業(yè)中實(shí)施成組技術(shù)，能夠帶來(lái)以下各種技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益： （ 1） 減少產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作量，縮短新產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期； （ 2） 減少新品設(shè)計(jì)的零件品種，擴(kuò)大零件的批量； （ 3） 促進(jìn)零件、部件設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化； （ 4） 減少工藝過(guò)程設(shè)計(jì)所需的時(shí)間和費(fèi)用； （ 5） 減少工藝裝備設(shè)計(jì)、制造所需的時(shí)間和費(fèi)用； （ 6） 減少設(shè)備所需要的時(shí)間和費(fèi)用； （ 7） 縮短工件在生產(chǎn)過(guò)程中的運(yùn)輸路線(xiàn)； （ 8） 提高加工效率； （ 9） 縮短生產(chǎn)周期； （ 10） 提高設(shè)備利用率； （ 11） 節(jié)省生產(chǎn)面積； （ 12） 減少原材料和在制品； （ 13） 降低廢品率； （ 14） 減少人員需要量； （ 15） 簡(jiǎn)化生產(chǎn)管理工作； （ 16） 提高按期交貨率； （ 17） 提高對(duì)產(chǎn)品改性的適應(yīng)能力等。這種方法則需作出各加工單元的特征數(shù)據(jù)矩陣和零件的特征矩陣，凡零件編碼符合某個(gè)加工單元特征矩陣的零件，便歸為一組。若零件組內(nèi)數(shù)量大、工時(shí)太多時(shí)，可再按工藝特征將零件組細(xì)分。一般可把零件類(lèi)別、外形要素、尺寸和材料種類(lèi)作為特征碼數(shù)。這種方法首先在編碼系統(tǒng)中選出幾個(gè)最基本的碼位 （ 稱(chēng)之特征碼位 ） ，作為初分零件組的標(biāo)準(zhǔn)，然后歸集這些特征碼位上數(shù)字相同的零件為若干初分的 零件組，最后再按初分的組進(jìn)行工時(shí)和能力平衡，得到合適的零件組。 當(dāng)成組加