【正文】 統(tǒng)的工作過程 840D 系統(tǒng)的工作過程即在硬件的 支持下執(zhí)行軟件的過程。它由程序、輸入輸出設(shè)備、計算機數(shù)控裝置 (CNC 裝置 )、可編程序控制器 (PLC)、主軸驅(qū)動裝置和進(jìn)給伺服驅(qū)動裝置等組成的系統(tǒng)。 數(shù)控系統(tǒng)的選擇和功能分析 從表 21 中可以看出， 840C, 840D 系統(tǒng)適合于加工中心的數(shù)控化改造，又該廠數(shù)控設(shè)備大多數(shù)采用 840D 系統(tǒng)，所以，對 T40 臥式加工中心進(jìn)行數(shù)控化改造選用 SINUMERIK 840D 系統(tǒng)。 冷卻液可手動及編程控制開、關(guān)。 具有加工程序編輯、檢索、單段運行、自動運行、空運行功能，手動操作，具有快進(jìn)倍率、倍率、坐標(biāo)軸保持、應(yīng)急停等功能 。 用戶程序存儲器容量 : MB，并具有 450MB 左右的硬盤空間可供用戶存儲零件加工程序及備份系統(tǒng)參數(shù) 。 輸入方式具有手動數(shù)據(jù)輸入 (MDI )和 DNC輸入兩種 。 示教功能 。 原機床主軸系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、工作臺交換系統(tǒng)保持不變，改由 PLC 程序統(tǒng)一進(jìn)行邏輯控制。改造后機床具有四坐標(biāo)四聯(lián)動功能。由于 T40臥式加工中心機械部分精度較高，改造時如果采用數(shù)控系統(tǒng)控制精度與之不匹配，勢必影響改造效果，因此，根據(jù)機床的特點及功能的要求，可以選用 SIEMENS 或 FANUC 公司產(chǎn)品，SIEMENS 公司生產(chǎn)的高中低檔數(shù)控系統(tǒng)適合于不同類型的數(shù)控機床改造，如表21 所示 : 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 機床控制系統(tǒng)改造方案如圖 21 所示 : 圖 21 機床控制系統(tǒng)改造方案 改造后達(dá)到的技術(shù)功能、性能分析 編制數(shù)控系統(tǒng)與 PLC 接口控制軟件，實現(xiàn) PLC與數(shù)控系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)的實時傳送，來實現(xiàn)數(shù)控刀庫控 制功能。其中 SIEMENS, FANUC 是專門從事數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)、設(shè)計和生產(chǎn)的專業(yè)公司，品種齊全，性能可靠，有較高的性能價格比。 機床機電液整體聯(lián)調(diào)，保證達(dá)到原有功能并有所 提高，以適應(yīng)數(shù)控系統(tǒng)的控制要求。根據(jù)機床操作及運動要求編制控制程序。 可編程控制器 (PLC)的設(shè)計。 數(shù)控系統(tǒng)及驅(qū)動單元、伺服電機更換，其他電氣部分檢修改造，需要更換的予以更換，配置 SINUMERIK 840D 數(shù)控系統(tǒng)及其安裝調(diào)試。 欲改造部分 電氣控制系統(tǒng) 設(shè)計。機床主軸配有四個冷卻噴嘴，用戶可以根據(jù)需要直接編程使用。刀庫為單獨有地基的鏈?zhǔn)降稁?，通過位置地址識別刀具，容量 60 把 (刀具直徑 125mm)。工作臺在橫床身 X 軸向移動，Y軸帶有自動垂直 夾緊，液壓自動松開，工作臺分度配有圓光柵閉環(huán)檢測裝置，分度精度高，保證同軸度 。數(shù)控軸 X, Y, Z,B,C 全部是閉環(huán)控制， X,Y,Z 和 B四軸聯(lián)動。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 第 2 章 機床數(shù)控改造的整體方案設(shè)計和數(shù)控系統(tǒng)配置選擇 加工中心結(jié)構(gòu)分析 結(jié)構(gòu)介紹與技術(shù)現(xiàn)狀 該機床應(yīng)用廣泛，最適用于復(fù)雜箱體多工作面的銑、鉆、銼、鉸、攻絲、二維、三維曲面等多種工序加工，具有在一次裝夾中完成箱體孔系和平面多工序精確加工的良好性能。 對伺服驅(qū)動單元的控制原理進(jìn)行分析，建立機床控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，并采用 PID 控制算法對系統(tǒng)進(jìn)行控制，改善系統(tǒng)的性能，在理論上對速度環(huán)和位置環(huán)等機床驅(qū)動參數(shù)進(jìn)行確定，從而為現(xiàn)場參數(shù)整定提供理論依據(jù) 。 完成西門子 840D數(shù)控系統(tǒng)和驅(qū)動單元 611D等設(shè)備在機床上的安裝調(diào)試 。 對加工中心控制邏輯進(jìn)行研究，編寫其 PLC 控制程序 。 文中針對加 工中心改造所選用的 840D 數(shù)控系統(tǒng)，通過對伺服驅(qū)動單元原理的理論分析，建立控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型并分析其特性，從理論上確定控制參數(shù)的優(yōu)化和匹配，為現(xiàn)場參數(shù)整定提供依據(jù)，縮短驅(qū)動控制參數(shù)現(xiàn)場調(diào)試時間。然 后編制機床 PLC(Programmable LogicalController)的控制程序并對程序進(jìn)行調(diào)試 。米拉克龍機床公司產(chǎn) T40 臥式加工中心 數(shù)控化改造工程進(jìn)行的。該加工中心機械、液壓部分性能良好，各個部件磨損較少，經(jīng)過改造完全可以發(fā)揮并且提高機床原有加工 性能，同時也可以節(jié)省購買新機床的大量資金。該設(shè)備數(shù)控系統(tǒng) ACRAMATIC 950MC 是現(xiàn)己停產(chǎn)或即將淘汰產(chǎn)品。由于電氣的老化 和落后，加工中心在使用過程中頻繁出現(xiàn)突然停機，程序紊亂等故障，使設(shè)備無法連續(xù)正常運轉(zhuǎn)。因此公司決定要對這批大型設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造以滿足生產(chǎn)的要求。米拉克龍機床公司 產(chǎn) T40 臥式加工中心 ,電氣設(shè)備都己落后并老化，設(shè)備故障頻繁。 裝卸刀、 潤 滑系統(tǒng)、 冷卻液、 液壓系統(tǒng)等輔助功能控制 : 交換工作臺過程控制和刀庫定位控制及換刀控制。 五個坐標(biāo)軸運行控制 。 機床控制 機床電氣系統(tǒng)是由大量繼電器構(gòu)成的邏輯控制電路，通過接受由控制面板及機床各部分位置開關(guān)傳來的信號，經(jīng)硬件邏輯運算，確定并控制機床各部分工作。 液壓工作站 主要供主軸換刀油缸、刀庫各油缸、工作臺交換油缸。 主軸 主軸電機 :交流電機，主軸轉(zhuǎn)速 :12～ 6000 rpm. 刀庫 機床 帶有旋轉(zhuǎn)式雙工位交換站及 60 把伺服驅(qū)動刀庫，交換工作臺由液壓油缸驅(qū)動?！?360176。 快速進(jìn)給 ： 24000mm/min。 行程 : X710mm, Y650mm, Z650mm。 驅(qū)動 : 直流伺服電機 。機床主要功能及組成 : 坐標(biāo)軸 坐標(biāo) : X, Y, Z, B(工作臺 )、 C(主軸 )、 W(刀庫 )。米拉克龍機床公司 產(chǎn) T40臥式加工中心是 桂林機床股份有限公司從美國 購買的二手設(shè)備，購置后一直未能正常使用，處于閑置，現(xiàn)需要對其進(jìn)行改造， 完成后 投入生產(chǎn)。針對 桂林機床股份有限公司 引進(jìn)的 T40 數(shù)控加工中心進(jìn)行數(shù)控化改造，既可節(jié)省大量資金，又可充分發(fā)揮設(shè)備作用，具有重要的現(xiàn)實意義。 課題來源和研究的意義 來源 上世紀(jì) 80 年代初，我國先后從日本、德國、美國等國家引進(jìn)一些先進(jìn)的 CNC裝置和伺服系統(tǒng)的生產(chǎn)技術(shù)，并陸續(xù)投入了機床生產(chǎn)，配置并且引進(jìn)了大量當(dāng)時先進(jìn)昂貴的數(shù)控機床。 可充分利用現(xiàn)有的條件 可以充分利用現(xiàn)有地基，不必像購入新設(shè)備時那樣需重新構(gòu)筑地基。改造則不然，可以精確地計算出機床的加工能力 。 機械性能穩(wěn)定可靠，結(jié)構(gòu)受限 所利用的床身、立柱等基礎(chǔ)件都是重而堅固的鑄造構(gòu)件，而不是那種焊接構(gòu)件，改造后的機床性能高、質(zhì)量好，可以作為新設(shè)備繼續(xù)使用多年。特別是大型、特殊機床尤其明顯。 技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新，為提高性能或檔次，或為了使用新工藝、新技術(shù)，在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行較大規(guī)模的技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新，較大幅度地提高水平和檔次的更新改造。 利用國外先進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)，對機床進(jìn)行數(shù)控化改造 。 可行性 數(shù)控系統(tǒng)日趨成熟，特別是 SIEMENS 系統(tǒng)、 FANUC 系統(tǒng)功能齊全、性能穩(wěn)定 ； 機床功能模塊化技術(shù)已經(jīng)成熟，更換方便 ； 經(jīng)過若干年的鍛煉，培養(yǎng)出一批掌握現(xiàn)代數(shù)控機床改造的隊伍 ； 原有機床機械基礎(chǔ)較好； 綜上所述，數(shù)控機床的數(shù)控化改造具有可行性。這些機床共同之處在于機械部分基本完好，精度較高，主要是由于數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)問題而又難以購置配件，不能滿足正常生產(chǎn)的需要和現(xiàn)代高精度、高速度和高可靠性的加工要求。這也就從宏觀上說明了機床數(shù)控化改造的必要性和迫切性。 利用少量資金進(jìn)行數(shù)控化改造可以發(fā)揮明 顯效益 我們在信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達(dá)國家落后 20 年。 5)擁有自動報警、自動監(jiān)控、自動補償?shù)榷喾N自律功能，因而可實現(xiàn)長時間無人看管加工。 4)可實現(xiàn)多工序的集中，減少零件在機床間的頻繁搬運。從而效率可比傳統(tǒng)機床提高三到七倍。這是由于計算機有高超的運算能力，可以瞬時準(zhǔn)確地計算出每 個坐標(biāo)軸應(yīng)該運動的運動量，這就可以加工復(fù)雜的曲線和曲面。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 必要性和迫切性 數(shù)控機床對比傳統(tǒng)機床有以下突出的優(yōu)越性。只要找出主要的技術(shù)難點，解決關(guān)鍵技術(shù)問題，就可以最小的投資盤活最大的存量資產(chǎn)，爭取到最大的經(jīng)濟效益和社會效益。有的己引進(jìn)較長時間，需要進(jìn)行技術(shù)更新。有的生產(chǎn)線的產(chǎn)品銷路很好，但是因為設(shè)備故障 不能達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo) 。有的引進(jìn)時只注意引進(jìn)設(shè)備、儀器、生產(chǎn)線，忽視軟件、工藝、管理等，造成項目不完整，設(shè)備潛力不能發(fā)揮 。但是有的引進(jìn)項目由于種種原因，設(shè)備或生產(chǎn)線不能正常運轉(zhuǎn)，甚至癱瘓，使企業(yè)的效益受到影響，嚴(yán)重的使企業(yè)陷入困境。 進(jìn)口設(shè)備和生產(chǎn)線的數(shù)控化改造市場 我國自改革開放以來，很多企業(yè)從國外引進(jìn)技術(shù)、設(shè)備和生產(chǎn)線進(jìn)行技術(shù)改造。用這種裝備加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內(nèi)市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展。由于采用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)、模糊控制技術(shù)、數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，機械加工向虛擬制造的方向發(fā)展。 開放性 為適應(yīng)數(shù)控進(jìn)線、聯(lián)網(wǎng)、普及型個性化、多品種、小批量、柔性化及數(shù)控迅速發(fā)展的要求，最重要的發(fā)展趨勢是體系結(jié)構(gòu)的開放性，美國、歐共體及日本相繼設(shè)計生產(chǎn)開放式的數(shù)控系統(tǒng) 。數(shù)控機床及其構(gòu)成柔性制造系統(tǒng)能方便地與 CAD, CAM, CAPP, MTS 聯(lián)結(jié)，向信息集成方向發(fā)展 。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 3)柔性化和集成化 數(shù)控機床向柔性自動化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢是 :從點 (數(shù)控單機、加工中心和數(shù)控復(fù)合加工機床 )、線 (FMC, FMS, FTL, FML)向面 (工段車間獨立制造島、 FA)、體(CIMS、分布式網(wǎng)絡(luò)集成制造系統(tǒng) )的方向發(fā)展，另一方面向注重應(yīng)用性和經(jīng)濟性方向發(fā)展。個性化是近幾年來特別明顯的發(fā)展趨勢。 模塊化、智能化、柔性化和集成化 1)模塊化、專門化與個性化 機床結(jié)構(gòu)模塊化，數(shù)控功能專門化，機床性能價格比顯著提高并加快優(yōu)化。MTBF 大于 3000 小時，對于由不同數(shù)量的數(shù)控機床構(gòu)成的無人化工廠差別就大多了，我們只對一臺數(shù)控機床而言，如主機與數(shù)控系統(tǒng)的失效率之比為 10: 1 的話(數(shù)控的可靠比主機高一個數(shù)量級 )。 1～ 。 5um，精密級加工中心的加工精度則從 177。 近 10 多年來，普通級數(shù)控機床的加工精度己由 177。 2)高精度 從精密加工發(fā)展到超精密加工 (特高精度加工 )，其精度從微米級到亞微米級，乃至納米級 (1Onm )，其應(yīng)用范圍日趨廣泛。超高速加工特別是超高速銑削與新一代高速數(shù)控機床特別是高速加工中心的開發(fā)應(yīng)用緊密相關(guān)。 1)高速、高效 機床向高速化方向發(fā)展，可充分發(fā)揮現(xiàn)代刀具材料的性能，不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本，而且還可提高零件的表面加工質(zhì)量和精度。要確保加工質(zhì)量，必須提高機床部件運動軌跡的精度，而可靠性則是上述 目標(biāo)的基本保證。10 年以下的機床中， 自動 /半自動機床不到 20%, FMC/FMS 等自動化生產(chǎn)線更屈指可數(shù) (美國和日本自動和半自動機床占 60%以上 )。機床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為 6%。 現(xiàn)狀 我國目前機床總量 400 余萬臺，而其中數(shù)控機床總數(shù)只有 12 萬臺，即我國機床數(shù)控化率不到 3%。它的控制采用計算機數(shù)字控制方式，它各個坐標(biāo)方向的運動均采用單獨的伺服電動機驅(qū)動，取代了普通機床上聯(lián)系各坐標(biāo)方向運動的復(fù)雜齒輪傳 動鏈。到 20世紀(jì) 90 年代基于 PC 的模塊化、可重構(gòu)、可擴充的開放式數(shù)控系統(tǒng)得到迅速發(fā)展，以適應(yīng)當(dāng)今市場越來越需求適合中小批量加工、具有良好柔性和多種加工功能的制造系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 。小型計算機用于數(shù)控技術(shù)，使數(shù)控技術(shù)進(jìn)入了計算機數(shù)控 ((CNC– Computer Numerical Control)階段，它綜合運用了計算機技術(shù)、測量技術(shù)、信息處理技術(shù)和機械制造等最新成果。機床數(shù)控裝置的研制開始于四十年代的美國麻省理工學(xué)院，五十年代出現(xiàn)了采用電子管及繼電器的數(shù)控技術(shù)，六十年代以后，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，晶體管代替了電子管，出現(xiàn)了小規(guī)模的集成電路數(shù)控裝置，但是機構(gòu)仍然十分龐大，可靠性差，并且費用高。新型數(shù)控機床和加工中心已成為柔性制造單元 (FMC)、柔性制造系統(tǒng) ((FMS)、乃至計算機集成制造系統(tǒng) ((CIMS)和無人自動工廠 (FA)中不可缺少的基礎(chǔ)設(shè)備 。加工中心是帶有刀庫和自動換刀裝置的一種高度自動化的多功能數(shù)控機床。在分析原加工中心的數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、邏輯控制、機械結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)之上，利用SIEMENS840 數(shù)控系統(tǒng)、 SIMODRIVE 611D 伺服驅(qū)動系統(tǒng)、 SIMATIC S7300PLC 對其進(jìn)行了改造并根據(jù)機床的具體配置和要求，對機床參數(shù)進(jìn)行正確設(shè)置和調(diào)試，改造后對企業(yè)的加工對象進(jìn)行了批量加工，運行狀態(tài)良好，獲得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。本 文詳細(xì)闡述了 美國辛辛那提 178。 畢 業(yè) 設(shè) 計 (論 文 ) 題 目： 加工中心 控制系統(tǒng) 改造研究 院 （系）： 桂林電子科技大學(xué) 機械工程學(xué)院 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及 其 自動化 學(xué)生姓名： 曲津津