【正文】 (1)可靠性高由于PLC針對惡劣的工業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)，在其硬件和軟件方面均采取了很多有效措施來提高其可靠性。一般地，電源單元有三路輸出，一路供給CPU模塊使用。編程器分為簡易型和智能型兩種。同時將被控設(shè)備或被控生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種變量轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的邏輯(數(shù)字)量信號，送入CPU處理。 (3)輸入/輸出((I/O)模塊 I/O模塊是PLC與外部設(shè)備或現(xiàn)場1/O裝置之間進(jìn)行信息交換的橋梁。用戶程序是指用戶根據(jù)現(xiàn)場的生產(chǎn)過程和工藝要求而編寫的應(yīng)用程序，在修改調(diào)試完成后可由用戶固化在EPROM中或存儲在磁盤中。 (2)存儲器 PLC存儲器主要包括隨機(jī)存儲器RAM和只讀存儲器ROM。如圖31所示：圖31 PLC控制系統(tǒng)組成 (1)中央處理單元CPU PLC中的CPU與通用計(jì)算機(jī)中的CPU一樣，是PLC的核心。另一類是通過PLC控制的輔助功能(M, S, T等)信息。這些功能的控制優(yōu)劣將直接影響數(shù)控機(jī)床的加工精度、加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率及其穩(wěn)定性?？刂评^電器、接觸器和電磁閥等輸出元件。 數(shù)控機(jī)床PLC控制技術(shù) 數(shù)控系統(tǒng)除了對機(jī)床各坐標(biāo)軸的位置進(jìn)行連續(xù)控制外，還需要對機(jī)床主軸正反轉(zhuǎn)與啟停、工件的夾緊與松開、冷卻液開關(guān)、刀具更換、工件及工作臺交換、液動與氣動以及潤滑等輔助功能進(jìn)行順序控制。主要用來控制機(jī)床的執(zhí)行元件，如電磁閥、繼電器、接觸器以及各種狀態(tài)指示和故障報警等。主要包括M, S, T功能的應(yīng)答信息和各坐標(biāo)軸對應(yīng)的機(jī)床參考點(diǎn)信息等。主要包括程序中的各種功能代碼M, S, T信息，手動/自動方式信息及各種使能信息等。因此，SINUMERK 840D系統(tǒng)完全能夠滿足T40加工中心數(shù)控化改造的需要。此外，用PCIN軟件可以進(jìn)行串行數(shù)據(jù)通信，通過RS232接口可方便地使840D與西門子編程器或普通的個人電腦聯(lián)接起來，進(jìn)行加工程序、PLC程序、加工參數(shù)等各種信息的雙向通信。顯示屏上可顯示程序塊、電動機(jī)軸位置、操作狀態(tài)等信息。此外，2個通用接口RS232可使主機(jī)與外設(shè)進(jìn)行通信，用戶還可通過磁盤驅(qū)動器接口和打印機(jī)并行接口完成程序存儲、讀入及打印工作。6, PLC編程840D的集成式PLC完全以標(biāo)準(zhǔn)SIMATIC S7模塊為基礎(chǔ)，PLC程序和數(shù)據(jù)內(nèi)存可擴(kuò)展到288KB，I/0模塊可擴(kuò)展到2048個輸入/輸出點(diǎn)，PLC程序可以極高的采樣速率監(jiān)視數(shù)字輸入，向數(shù)控機(jī)床發(fā)送運(yùn)動、停止、起動等命令。 安全保護(hù)功能數(shù)控系統(tǒng)可通過預(yù)先設(shè)置軟極限開關(guān)的方法，進(jìn)行工作區(qū)域的限制，當(dāng)超程時可以觸發(fā)程序進(jìn)行減速，對主軸的運(yùn)行還可以進(jìn)行監(jiān)控。 操作方式其操作方式主要有AUTOMATIC(自動)、JOG(調(diào)整)、TEACHIN(交互式程序編制)、MDA(手動過程數(shù)據(jù)輸入)。其插補(bǔ)功能有樣條插補(bǔ)、三階多項(xiàng)式插補(bǔ)、控制值互聯(lián)和曲線表插補(bǔ)，這些功能為加工各類曲線曲面類零件提供了便利條件。具有全數(shù)字化的611D數(shù)字驅(qū)動模塊。 SINUMERIK840D系統(tǒng)與SIMODRIVE611D伺服驅(qū)動模塊及SIMATICS7300PLC模塊構(gòu)成的全數(shù)字化數(shù)控系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)鉆削、車削、銑削、磨削等數(shù)控功能，也能應(yīng)用于剪切、沖壓、激光加工等數(shù)控加工領(lǐng)域。其操作界面也采用了與PC機(jī)類似的窗口、菜單式界面。 840D數(shù)控系統(tǒng)的功能 采用SINUMERIK 840D數(shù)控系統(tǒng)、西門子611D伺服系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工功能。 硬件故障中斷 它是各種硬件故障檢測裝置發(fā)出的中斷，如存儲器出錯、定時器出錯、插補(bǔ)運(yùn)算超時等。 內(nèi)部定時中斷 主要有插補(bǔ)周期定時中斷和位置采樣定時中斷。其中斷類型有外部中斷、內(nèi)部定時中斷、硬件故障中斷以及程序性中斷等。數(shù)控機(jī)床在加工零圖25單軸驅(qū)動模塊611D 圖26雙軸驅(qū)動模塊611D圖 27 840D典型接線圖件的過程中，有些控制任務(wù)具有較強(qiáng)的實(shí)時性要求。這樣，當(dāng)處理時間較短的子過程時，處理完成之后就進(jìn)入等待狀態(tài)。流水處理要求每個處理子過程的運(yùn)算時間相等。從圖210可以看出，經(jīng)過流水處理后從時間t。資源重疊流水處理 當(dāng)CNC系統(tǒng)處在NC工作方式時，其數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換過程將由零件程序輸入、插補(bǔ)準(zhǔn)備(包括譯碼、刀具補(bǔ)償和速度處理)、插補(bǔ)、位置控制4個子過程組成。拿n位串行運(yùn)算和n位并行運(yùn)算來比較，在元件處理速度相同的情況下，后者運(yùn)算速度幾乎提高為前者的n倍。并行處理 并行處理是指計(jì)算機(jī)在同一時刻或同一時間間隔內(nèi)完成兩種或兩種以上性質(zhì)相同或不相同的工作。在許多情況下，管理和控制的某些工作必須同時進(jìn)行。系統(tǒng)的管理部分包括輸入、1/0處理、顯示和診斷。1) 840D系統(tǒng)控制軟件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)840D系統(tǒng)是一個專用的實(shí)時多任務(wù)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，在它的控制軟件中融合了當(dāng)今計(jì)算機(jī)軟件許多先進(jìn)技術(shù)，其中最突出的是多任務(wù)并行處理和多重實(shí)時中斷。840D系統(tǒng)軟件組成下面給出840D系統(tǒng)的軟件組成圖(圖28)和任務(wù)并行處理關(guān)系圖(圖29)。4)主軸電動機(jī)的驅(qū)動可使用上述進(jìn)給電動機(jī)驅(qū)動模塊驅(qū)動，另外還有專門的主軸電動機(jī)驅(qū)動模塊，模塊的接口端與進(jìn)給電動機(jī)驅(qū)動模塊類似。 (4) X432高速輸入輸出接口端。 (2) X421, X422機(jī)床拖板直接位置反饋(光柵)端口。3)伺服電動機(jī)驅(qū)動模塊 單軸伺服電動機(jī)驅(qū)動模塊見圖25，雙軸伺服電動機(jī)驅(qū)動模塊見圖26。 (6) X172啟動禁止信號端(一般按出廠狀態(tài)使用)。 (4) X161電源模塊設(shè)定操作和標(biāo)準(zhǔn)操作選擇端口。(2) X121使能信號，由PLC輸出至電源模塊、數(shù)控模塊，’表示外部電路硬件信號正常。(9) X173數(shù)控系統(tǒng)控制程序儲存卡插槽。(7) X130A, X130B電動機(jī)驅(qū)動器611D的輸入輸出擴(kuò)展端口，通過扁平電纜將驅(qū)動總線與各個驅(qū)動模塊聯(lián)接起來，對各個伺服電動機(jī)進(jìn)行控制。圖22 SINUMERK 840D數(shù)控系統(tǒng)的基本構(gòu)成(5) X121多路輸入/輸出接口端，通過該端口數(shù)控系統(tǒng)可與多種外設(shè)聯(lián)接，如與控制進(jìn)給運(yùn)動的手輪、CNC輸入/輸出的聯(lián)接。(3) XIII PLCS7300輸入偷出接口端，該端口提供了與PLC聯(lián)接的通道。1) NC模塊其接口端如圖23所示，其中各接口端的意義如下:(1) X101操作面板接口端，該端口通過電纜與MMC(人機(jī)通信接口端)及機(jī)床操作面板聯(lián)接。840D系統(tǒng)的硬件組成SINUMERIK 840D系統(tǒng)采用多微處理器模塊式結(jié)構(gòu)，主要包括以下幾部分。7)診斷CNC系統(tǒng)利用內(nèi)部自診斷程序通過定時中斷掃描檢查CNC系統(tǒng)本身及外設(shè)。5)輸入/輸出((I/O)處理輸入/輸出處理主要是處理CNC系統(tǒng)和機(jī)床之間來往信號輸入、輸出和控制。它是在每個采樣周期內(nèi)，將插補(bǔ)計(jì)算的理論位置與實(shí)際反饋位置相比較，根據(jù)其差值去控制進(jìn)給電動機(jī)，進(jìn)而控制機(jī)床工作臺(或刀具)的位移。3)數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理程序一般包括刀具半徑補(bǔ)償、速度計(jì)算以及輔助功能處理。常用的輸入方式有鍵盤手動輸入MDI,磁盤輸入、優(yōu)盤輸入、通信接口RS232輸入、連接上一級計(jì)算機(jī)的DNC接口輸入以及通過網(wǎng)絡(luò)通信方式輸入。下面從輸入、譯碼處理、數(shù)據(jù)處理、插補(bǔ)運(yùn)算與位置控制、I/O處理、顯示和診斷7個環(huán)節(jié)來說明CNC系統(tǒng)的工作過程。機(jī)床的各個執(zhí)行部件在數(shù)控系統(tǒng)的統(tǒng)一指揮下，有條不紊地按給定程序進(jìn)行零件的切削加工，實(shí)現(xiàn)部分或全部控制功能。 CNC技術(shù)分析數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的控制指揮中心。具有開機(jī)潤滑、手動潤滑、自動潤滑功能。主軸可手動及編程控制啟、停及高低速轉(zhuǎn)換。具有手持操作單元。最小編程單位:。藍(lán)圖編程。改造后機(jī)床應(yīng)具有如下功能:加工程序的圖形模擬功能。各坐標(biāo)運(yùn)動采用交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)，保留原坐標(biāo)傳動方式，X, Y, Z坐標(biāo)為滾珠絲杠，B, W坐標(biāo)為蝸輪蝸桿，各坐標(biāo)位置反饋采用光電編碼器替代原圓光柵。改造中對機(jī)床機(jī)械部分進(jìn)行檢修，使機(jī)械精度達(dá)到出廠或優(yōu)于出廠標(biāo)準(zhǔn)。我國從事數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的公司起步較晚，雖然近幾年有很大發(fā)展，但與SIEMENS . FANTUC公司產(chǎn)品仍有較大差距。 加工中心改造方案的設(shè)計(jì)和確定 改造整體方案目前，世界上生產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的廠家很多，國外有德國SIEMENS公司，日本FANUC公司、三菱公司，美國辛辛那提公司，西班牙FAGOIZ公司等: 國內(nèi)有廣州數(shù)控有限公司，華中數(shù)控有限公司等。使數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)與機(jī)床其他部分之間協(xié)調(diào)一致工作。利用SINUMERIK 840D數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)的可編程控制器進(jìn)行邏輯控制及信息處理。根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn)和機(jī)床的要求，調(diào)整系統(tǒng)機(jī)床參數(shù)。包括電氣原理圖設(shè)計(jì)，計(jì)算電機(jī)扭矩，選定電機(jī)，確定各坐標(biāo)位置反饋方式。主電機(jī)采用交流電機(jī)實(shí)現(xiàn)無級傳動，X. Y, Z進(jìn)給坐標(biāo)采用直流伺服電機(jī)帶動滾珠絲杠無級傳動，B, W坐標(biāo)采用直流伺服電機(jī)帶動雙蝸桿傳動、消除間隙、實(shí)現(xiàn)無級傳動。機(jī)床設(shè)有自動排屑裝置及全封閉防護(hù)罩。框型立柱正掛箱、對稱設(shè)計(jì)，主軸為數(shù)控進(jìn)給主軸，閉環(huán)控制。帶有刀庫和自動換刀裝置，具有旋轉(zhuǎn)工作臺和雙托板自動交換功能。加工中心原數(shù)控系統(tǒng)采用的是ACRAMATIC 950MC系統(tǒng)，驅(qū)動單元為西門子公司直流伺服驅(qū)動及電機(jī)，有的不能正常工作，有的缺少備件，機(jī)械部分基本完好。完成全部系統(tǒng)的綜合調(diào)試任務(wù)，包括電氣、液壓、氣動和機(jī)械等方面。根據(jù)機(jī)床的具體配置和要求，對機(jī)床參數(shù)進(jìn)行正確設(shè)置。對S7300 PLC硬件進(jìn)行組態(tài)，使用Step軟件重新編制所有機(jī)床PLC控制程序，并對各部分進(jìn)行調(diào)試。在整個項(xiàng)目的改造過程中主要完成以下幾方面的工作:在對加工中心的生產(chǎn)工藝、操作編程、技術(shù)性能指標(biāo)認(rèn)真分析的基礎(chǔ)之上，結(jié)合加工中心的實(shí)際情況提出改造選型方案和數(shù)控系統(tǒng)配置。最后對伺服軸的驅(qū)動參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化和系統(tǒng)綜合調(diào)試運(yùn)行。改造過程中首先分析機(jī)床的特點(diǎn)，確定使用西門SINUMERIK 840D數(shù)控系統(tǒng)和SIMODRIVE 611D驅(qū)動單元改造方案，并結(jié)合機(jī)床配置進(jìn)行機(jī)床參數(shù)設(shè)置。 本文的工作 本課題的研究是基于對桂林機(jī)床股份有限公司辛辛那提由于這些電氣設(shè)備己老化以及此數(shù)控系統(tǒng)的停產(chǎn)致使配件的維修更換費(fèi)用昂貴等，給設(shè)備的維修帶來了極大的困難，嚴(yán)重影響了公司的正常生產(chǎn)，故公司決定對該設(shè)備進(jìn)行徹底改造，恢復(fù)機(jī)床原有數(shù)控功能，保證自動換刀可靠運(yùn)行，提高設(shè)備作業(yè)效率。其自動換刀控制(ATC)長期不能正常使用。T40臥式加工中心就被公司列為首選改造的對象，該設(shè)備安裝投產(chǎn)后主要用于加工箱體類零件、以及高精度和普通機(jī)床難以加工的工件。隨著公司的發(fā)展加工中心的作用越來越重要，同時這些設(shè)備也日益難以滿足公司對成套機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)的要求。 工作的意義桂林機(jī)床股份有限公司辛辛那提 各坐標(biāo)軸伺服電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)控制。從功能上，它可分成六個部分: 主軸運(yùn)行控制。液壓各動作由電磁閥控制實(shí)現(xiàn)。 交換工作臺 A, B兩個工作臺，由液壓油缸驅(qū)動?！?60176?？焖龠M(jìn)給：24000mm/min。行程: X710mm, Y650mm, Z650mm。驅(qū)動: 直流伺服電機(jī)。機(jī)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(jī)床公司產(chǎn)T40臥式加工中心是桂林機(jī)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(jī)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(shí)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(jī)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(jī)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(jì)算出機(jī)床的加工能力。 機(jī)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(jiān)固的鑄造構(gòu)件，而不是那種焊接構(gòu)件，改造后的機(jī)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(jī)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?yàn)榱耸褂眯鹿に?、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(jī)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(jī)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(jī)床改造的隊(duì)伍； 原有機(jī)床機(jī)械基礎(chǔ)較好；綜上所述，數(shù)控機(jī)床的數(shù)控化改造具有可行性。這些機(jī)床共同之處在于機(jī)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(jī)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(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能，因而可實(shí)現(xiàn)長時間無人看管加工。 4)可實(shí)現(xiàn)多工序的集中，減少零件在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)。從而效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高三到七倍。這是由于計(jì)算機(jī)有高超的運(yùn)算能力，可以瞬時準(zhǔn)確地計(jì)算出每個坐標(biāo)軸應(yīng)該運(yùn)動的運(yùn)動量，這就可以加工復(fù)雜的曲線和曲面。 必要性和迫切性 數(shù)控機(jī)床對比傳統(tǒng)機(jī)床有以下突出的優(yōu)越性。只要找出主要的技術(shù)難點(diǎn)，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(jì)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?yàn)樵O(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