【正文】 要求，為了擴(kuò)大機(jī)床的變速范圍，常在無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)后面串聯(lián)分級(jí)變速機(jī)構(gòu)。如果機(jī)械系統(tǒng)的執(zhí)行件要求以某一固定的轉(zhuǎn)速（速度）工作，則連接動(dòng)力源與執(zhí)行件的傳動(dòng)系統(tǒng)屬于固定傳動(dòng)比的傳動(dòng)系統(tǒng)，既該系統(tǒng)是由若干個(gè)固定傳動(dòng)比串聯(lián)組成。它傳遞的功率大，變速范圍寬，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，工作可靠，但有轉(zhuǎn)速損失。而對(duì)于數(shù)控機(jī)床的直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，則要求在整個(gè)變速范圍內(nèi)為恒轉(zhuǎn)矩，此時(shí)可通過(guò)簡(jiǎn)單的固定傳動(dòng)鏈與執(zhí)行件相連來(lái)滿足要求。機(jī)械系統(tǒng)中的執(zhí)行件在工作過(guò)程中,要求在整個(gè)變速范圍內(nèi)為功率、轉(zhuǎn)矩特性不同，而電動(dòng)機(jī)的功率、轉(zhuǎn)矩特性必須與之適應(yīng)，但是，不論是直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)、交流變頻電動(dòng)機(jī)或是交、直流伺服電動(dòng)機(jī)，只是在額定轉(zhuǎn)速以上至最高轉(zhuǎn)速之間為恒功率調(diào)速，變速范圍小，而在額定轉(zhuǎn)速以下為恒轉(zhuǎn)矩的，變速范圍很寬。如刨床、拉床的主運(yùn)動(dòng)以及組合機(jī)床的動(dòng)力滑臺(tái)等。它的傳動(dòng)平穩(wěn)、運(yùn)動(dòng)換向沖擊小、易于實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)。另外，它的變速范圍小，通常變速范圍Rb為4～6，少數(shù)可達(dá)10～15，因此，為了滿足執(zhí)行件變速范圍的需要，常串聯(lián)有級(jí)變速機(jī)構(gòu)（如齒輪變速箱）。由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲小、使用維修方便、效率高，所以在各類機(jī)械（如機(jī)床、印刷機(jī)械、電工機(jī)械、鐘表機(jī)械、輕工機(jī)械、紡織機(jī)械、塑料機(jī)械、化工機(jī)械等）中得到了廣泛的應(yīng)用。機(jī)械系統(tǒng)中常用的無(wú)級(jí)變速裝置有以下三種。圖45 主軸正反轉(zhuǎn)控制梯形圖G代碼表指令名 功 能 指令名 功 能 G00 定位（快速移動(dòng)） G70 精加工循環(huán) G01 直線插補(bǔ)（切削進(jìn)給） G71 內(nèi)外圓粗車復(fù)合循環(huán) G02 順時(shí)針圓弧插補(bǔ)（后刀座） G72 端面粗車復(fù)合循環(huán) G03 逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)（后刀座） G73 封閉切削復(fù)合循環(huán) G04 暫停、準(zhǔn)停 G74 軸向切槽循環(huán) G28 返回機(jī)械零點(diǎn) G75 徑向切槽循環(huán) G32 螺紋切削 G76 螺紋切削復(fù)合循環(huán) G33 攻絲循環(huán) G90 內(nèi)外圓切削循環(huán) G34 變螺距螺紋切削 G92 螺紋切削循環(huán) G40 取消刀尖半徑補(bǔ)償 G94 端面切削循環(huán) G41 刀尖半徑左補(bǔ)償（后刀座） G96 恒線速控制 G42 刀尖半徑右補(bǔ)償（后刀座） G97 恒轉(zhuǎn)速控制 G50 坐標(biāo)系設(shè)定 G98 每分進(jìn)給 G65 宏指令 G99 每轉(zhuǎn)進(jìn)給 第五章 主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)總體方案的確定 主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是根據(jù)變速傳動(dòng)系統(tǒng)的不同類型而決定的，而變速系統(tǒng)的類型應(yīng)兼顧縮短變速所需的時(shí)間并能簡(jiǎn)化傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)等因素綜合來(lái)選擇、設(shè)計(jì)。圖42 刀架正轉(zhuǎn)梯形圖圖43 換刀梯形圖報(bào)警等控制程序主要有CNC狀態(tài)報(bào)警、一般故障報(bào)警、低油位報(bào)警、伺服報(bào)警、主軸報(bào)警等(圖44)。當(dāng)循環(huán)停顯示，則循環(huán)停止。圖41 程序起停控制梯形圖當(dāng)按下CYCLE START鍵，且三軸(X,Z ,C )使能都加上時(shí)，發(fā)出循環(huán)脈沖，CYCLE=1,當(dāng)循環(huán)燈沒(méi)亮，且循環(huán)在進(jìn)行時(shí)，CYCLE START燈亮。詳細(xì)如表42:表4—2輸入/輸出(I/O)卡接口變量 輸入點(diǎn)變量說(shuō)明變量說(shuō)明%+X限位%四號(hào)刀位%X限位%刀架正位%+Z限位%主軸電源無(wú)故障%Z限位%主軸伺服準(zhǔn)備好%X參考15%主軸轉(zhuǎn)速過(guò)低%Z參考點(diǎn)%伺服電源準(zhǔn)備好%C參考點(diǎn)%X軸模塊準(zhǔn)備好%急停%Z軸模塊準(zhǔn)備好%一號(hào)刀位%PLC無(wú)故障%二號(hào)刀位%低泊位%三號(hào)刀位%一般故障輸出點(diǎn)變量說(shuō)明變量說(shuō)明%PLC準(zhǔn)備好%主軸伺服電源%C軸參考點(diǎn)%伺服電源%X軸使能%主軸風(fēng)扇%Z和！1使能%潤(rùn)滑電機(jī)%CNC故障%冷卻%一般故障%手動(dòng)潤(rùn)滑%主軸報(bào)警%刀架正轉(zhuǎn)%伺服報(bào)警%刀架反轉(zhuǎn)%限位報(bào)警%主軸電源使能%低泊位顯示變量可分為:內(nèi)部變量、端子板輸入輸出變量、配置和診斷變量、CNC接口變量、公共字變量以及局部變量。數(shù)據(jù)的交換不需要經(jīng)過(guò)輸入輸出卡，而是山自動(dòng)控制功能直接進(jìn)行的。二是向其它模塊提供接口信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)各種順序或連鎖控制功能。并將運(yùn)算結(jié)果暫存于中間邏輯地址。以上5個(gè)模塊的功能可通過(guò)1個(gè)主程序和12個(gè)子程序完成，主程序主要完成系統(tǒng)初始化工作，然后調(diào)用子程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床的各種控制。模塊中包括伺服主軸和變頻主軸兩種控制邏輯，可通過(guò)修改PLC參數(shù)進(jìn)行切換。(3)刀架模塊:用于對(duì)轉(zhuǎn)塔刀架的選刀、定位等過(guò)程進(jìn)行邏輯控制。(1)公共信號(hào)模塊:主要處理PLC與NC之間的接口信號(hào)。把它裝入NC去控制相應(yīng)的系統(tǒng)，本次設(shè)計(jì)中，我們利用PLCTOOL軟件，綜合管子車床的特點(diǎn)，開發(fā)了該機(jī)床的PLC控制程序。換刀過(guò)程如下:運(yùn)行數(shù)控程序，發(fā)出某個(gè)刀具號(hào)的換刀指令，對(duì)應(yīng)的數(shù)控裝里I/0口變?yōu)樯屉娖?，使PLC輸入端的軟開關(guān)接通，換刀電機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)在刀架上的干贊管觸點(diǎn)開關(guān)接通后換刀電機(jī)反轉(zhuǎn)，使刀架下落壓緊，當(dāng)壓緊力足夠大時(shí)，徽動(dòng)開關(guān)接通，換刀電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。 T功能代碼的實(shí)現(xiàn)方法T功能代碼包含兩部分，一是刀具選擇。M功能主要控制機(jī)床強(qiáng)電部分，包括主軸換向、冷卻液開關(guān)等功能。根據(jù)數(shù)控機(jī)床性能的不同能執(zhí)行這4種功能多少的程度也不同。 CNC加工代碼在PLC上的實(shí)現(xiàn)方法目前，數(shù)控機(jī)床程序中，有關(guān)機(jī)床坐標(biāo)系約定、準(zhǔn)備功能、輔助功能、刀具功能及程序格式等方面已趨于統(tǒng)一，形成了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，即所謂的CNC機(jī)床ISO代碼，在一個(gè)加工程序中包含許多程序段，每個(gè)段又由若干字組成，每I個(gè)字表示一種功能，歸納起來(lái)有4種:一種是準(zhǔn)備功能，即所謂的O代碼。 PLC輸入端與CNC機(jī)床數(shù)控裝盆I/O接口的聯(lián)接可編程控制器物出端的通斷是由其物入端通斷狀態(tài)及梯形圖程序決定的，可以分為兩種情況:一是數(shù)控裝!從1/0口輸出指令，控制PLC完成相應(yīng)的動(dòng)作。在接觸移線翻電路中加有互鎖保護(hù)觸點(diǎn)。 PLC輸出端與機(jī)床強(qiáng)電信號(hào)聯(lián)接:主控電源、伺服電源、刀架電機(jī)正反轉(zhuǎn)、主軸風(fēng)扇、潤(rùn)滑電機(jī)勢(shì)。結(jié)合該機(jī)床控制操作的自身特點(diǎn)要求，在機(jī)床面板上定義了一些操作鍵，完全滿足了機(jī)床控制的要求。 PLC輸入輸出端與機(jī)床面板信號(hào)聯(lián)接FANUC機(jī)床操作面板有多達(dá)39個(gè)自定義鍵?？删幊炭刂破髋cCNC機(jī)床的聯(lián)接方式本質(zhì)上是外電路聯(lián)接方法，系統(tǒng)I/0口發(fā)出控制指令，使可編程控制器輸入端無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)通斷，通過(guò)CNC數(shù)控完成可編程控制器對(duì)機(jī)床強(qiáng)電的邏輯控制。目前，數(shù)控機(jī)床PLC的形式有兩種:一種是采用單獨(dú)的CPU完成PLC功能，即配有專門的PLC, PLC在CPU外部，稱為外裝型PLC。 PLC與CNC機(jī)床的聯(lián)接方式CNC數(shù)控系統(tǒng)的控制信號(hào)有兩類:一類是高速信號(hào),主要用于各個(gè)坐標(biāo)軸的插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)。(2)程序控制:在程序執(zhí)行階段，PLC順序掃描用戶程序，每執(zhí)行一條程序所需要的信息都從輸入映象寄存器和其他內(nèi)部寄存器中讀出并參與計(jì)算，然后將執(zhí)行結(jié)果寫入有關(guān)物出映象寄存器中。(3)輸出部分z如接觸器、電磁閥等，它們直接與PLC輸出端子相連接，用以控制被控對(duì)象的動(dòng)作。 PLC控制系統(tǒng)組成(1)輸入部分:如按鈕開關(guān)、限位開關(guān)等，直接與PLC輸入端子相連接，用以產(chǎn)生輸入控制信號(hào)，這些信號(hào)來(lái)自操作臺(tái)上的人工指令。由這些輸出變量對(duì)外圍設(shè)備進(jìn)行各種控制。其內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，進(jìn)行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。對(duì)上列數(shù)據(jù)信息，根據(jù)其表示方式與內(nèi)容要求，在控制系統(tǒng)中為它們各自分配存儲(chǔ)空間，設(shè)計(jì)傳輸通道。輸入輸出模塊發(fā)出:實(shí)測(cè)主軸轉(zhuǎn)速值。數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出:主軸轉(zhuǎn)速設(shè)定值。進(jìn)給控制給定:位置進(jìn)給量、速度進(jìn)給量進(jìn)給控制模塊發(fā)出:運(yùn)行狀態(tài): 正常運(yùn)行，加工受阻，停止加工。控制參數(shù) :PID調(diào)節(jié)參數(shù)，行程極限，速度極限。以下為機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部總線上傳輸?shù)母鞣N信息。 數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部總線上數(shù)據(jù)信息的傳輸數(shù)控系統(tǒng)與功能模塊間的數(shù)據(jù)交換可方便地利用總線進(jìn)行，系統(tǒng)中總線上的數(shù)據(jù)信息傳遞是通過(guò)公共數(shù)據(jù)區(qū)進(jìn)行的，如數(shù)控系統(tǒng)將數(shù)據(jù)寫入進(jìn)給控制模塊的公共數(shù)據(jù)區(qū)，供模塊內(nèi)CPU隨時(shí)讀取，同樣進(jìn)給控制模塊CPU發(fā)出數(shù)據(jù)信息也要寫入公共數(shù)據(jù)區(qū)，供數(shù)控系統(tǒng)隨時(shí)讀取?？赏ㄟ^(guò)密集型面板進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。 (7)，便于與其它模塊相連。 (6)機(jī)床操作面板接口，F(xiàn)ANUC機(jī)床操作面板有多達(dá)39個(gè)自定義鍵。輸出信號(hào)主要用于主軸的轉(zhuǎn)速控制，主軸的正、反轉(zhuǎn)或停止控制，主軸的冷卻液的開、閉控制，刀架正、反控制等，另外，輸入模塊除接受一般的24VDC開關(guān)量外，還可以接三線式的接近傳感器信號(hào)。 (4)手搖脈沖發(fā)生器接口:實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、聯(lián)動(dòng)切削。 (2)X軸,Z軸及主軸控制接口:用來(lái)控制X軸、Z軸伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)及主軸的轉(zhuǎn)速。根據(jù)改造后的電氣原理圖，設(shè)計(jì)制作電控柜，淘汰了原有的電控柜。選用IOO Opmr的編碼器，由于主軸大齒輪為128齒(m=5)，故編碼器前端齒輪選用20齒，:1,則主軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，編碼器將返回6400個(gè)脈沖，經(jīng)四分頻后，每轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)脈沖為25600，完全滿足數(shù)控系統(tǒng)對(duì)C軸的反饋精度要求。輔助控制部分包括機(jī)床的冷卻系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)與主軸運(yùn)動(dòng)等方面的控制。CNC是本系統(tǒng)的核心部分，用以完成人機(jī)對(duì)話與通訊，解釋機(jī)械加工語(yǔ)言，分配加工任務(wù)，以及協(xié)調(diào)各功能模塊的工作等。有工藝參數(shù)語(yǔ)句。⑦菜單編程。⑤:系統(tǒng)分辨率標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定為1urn。0C系統(tǒng)PMC可控制2個(gè)進(jìn)給軸。②剛性攻絲:Z軸進(jìn)給與主軸轉(zhuǎn)動(dòng)同步，不用彈簧卡頭實(shí)現(xiàn)攻絲，從而提高了螺紋的加工精度。2種PMC的掃描周期均為I6ms。PMCL的處理機(jī)與主機(jī)共用，其處理時(shí)間為6 /步，最大步數(shù)為5000步。調(diào)試好的程序要用寫入器寫入EPROM。梯形圖可用下述兩種方法編制：①用專用的編輯卡利用LCD液晶顯示畫面在系統(tǒng)上現(xiàn)場(chǎng)編制。GSK980TD系統(tǒng)用梯形圖編制PMC順序邏輯程序。GSK980TD系統(tǒng)的PMC只有47條指令〔基本指令有12條，功能指令有35條)。顯示圖形必須用圖形控制板，該板為專用微機(jī)，CPU用80186。GSK980TD系統(tǒng)有圖形顯示功能：①對(duì)編制的加工程序進(jìn)行加工前的圖形模擬，模擬刀尖的軌跡或加工件的三維實(shí)體形狀:②在加工過(guò)程中顯示刀尖的軌跡，使操作員能夠監(jiān)視切削過(guò)程。調(diào)整NC的機(jī)床參數(shù)和伺服系統(tǒng)，圖形的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，強(qiáng)大的優(yōu)化功能，方便地調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)。簡(jiǎn)便的通訊能力(PCIONC間為主從關(guān)系，所有操作均在PC側(cè)完成)，動(dòng)態(tài)的PLC程序顯示(PC側(cè))。 (3)強(qiáng)大的編程軟件GSKCC軟件。梯形圖PLC程序在屏幕上的動(dòng)態(tài)顯示，方便了最終用戶的維修。并且沒(méi)有固定的距離和補(bǔ)償值的限制。完善的絲杠螺距補(bǔ)償。強(qiáng)大的通訊功能(RS232IRS4221RS485) ，邊加工邊傳輸功能。定義的固定循環(huán)并使用戶很方便地根據(jù)其加工特性進(jìn)行編寫自己的固定循環(huán)，用戶集成的G代碼功能。提高了數(shù)控系統(tǒng)的可靠性，如果機(jī)床的軸有問(wèn)題，可以直接把軸模塊上的插頭相對(duì)換，就能很快的查出問(wèn)皿所在(系統(tǒng)內(nèi)部或外部)。光纖技術(shù)的通訊，可以擴(kuò)展PLC輸入輸出點(diǎn)，通過(guò)光纖進(jìn)行連接，簡(jiǎn)化和線路的連接。這就提高了整個(gè)機(jī)床的可靠性。除上述這些板外，還有圖形控制板、PMCM板、遠(yuǎn)程緩沖器(REMOTE BUFFER)板，這些板用戶可根據(jù)自身要求選訂。 (5)電源主要有5V直流電，用于各板的供電。的脈寬調(diào)制信號(hào)(每軸)，加于各軸的伺服驅(qū)動(dòng)的功率放大器上。每個(gè)CPU控制2個(gè)軸，一塊板可控制4個(gè)軸。其控制板裝在CNC單元內(nèi)，插在主板上，即CNC單元與進(jìn)給伺服為一體化設(shè)計(jì)。 (3)I/O板該板是CNC單元與機(jī)床強(qiáng)電柜的接口，接收或輸出24V直流信號(hào)，由PMC實(shí)施輸入/輸出控制，I/O點(diǎn)數(shù)可根據(jù)機(jī)床的復(fù)雜程度選擇，標(biāo)準(zhǔn)配置為104個(gè)輸入點(diǎn)，72個(gè)輸出點(diǎn)。不同類型的機(jī)床控制軟件不同；②伺服控制軟件ROM I片；③PMCL的ROM芯片2片，用于存儲(chǔ)機(jī)床的強(qiáng)電控制邏輯程序；④RAM芯片，用于寄存CPU的中間運(yùn)算數(shù)據(jù)，根據(jù)需安裝；⑤COMSRAM，用于存儲(chǔ)系統(tǒng)和機(jī)床參數(shù)、零件加工程序，根據(jù)用戶要求配置，最大可為128K字節(jié)。 (2)存儲(chǔ)器板該板上有：①系統(tǒng)的控制軟件ROM(共5片)。主CPU用于系統(tǒng)主控，原來(lái)用80386，從1998年起改用80486/DX2。各板插在主板上，與CPU的總線相連。GSK980TD系統(tǒng)的CNC單元為大板結(jié)構(gòu)。隨著大規(guī)棋集成電路芯片的發(fā)展，GSK980TD系統(tǒng)的破件結(jié)構(gòu)已經(jīng)改進(jìn)過(guò)多次。用戶可以把+24V穩(wěn)壓電源放在電氣柜內(nèi)，從而大大提高了整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)的可命性能。 硬件結(jié)構(gòu)采用CISC（超大規(guī)模集成電路）技術(shù)的GSP主板，主板上連接可插接(分離的)小模板。 (5)數(shù)字式進(jìn)給伺服和數(shù)字式主軸驅(qū)動(dòng)：數(shù)字控制、數(shù)據(jù)的串行傳輸大大提高了運(yùn)行的可靠性。所以產(chǎn)品的一致性好，增加了可靠性。 (2)大規(guī)模及超大規(guī)模的專用集成電路芯片：GSK980TD系統(tǒng)采用了許多由富士通公司制造的高度集成的專用功能芯片。其工作場(chǎng)地的室溫為045℃，相對(duì)濕度75%短時(shí)可達(dá)95%, ，電網(wǎng)電壓波動(dòng)為10%15%,經(jīng)對(duì)使用中系統(tǒng)的實(shí)際統(tǒng)計(jì)，比較好地滿足了我國(guó)市場(chǎng)的要求。為保證機(jī)床長(zhǎng)期可靠地運(yùn)行，數(shù)控系統(tǒng)必須有抵抗惡劣環(huán)境的高可靠運(yùn)行特性。在對(duì)多家數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行比較后!我們選擇了GSK980TD型數(shù)控系統(tǒng)。第三章 機(jī)床的電氣改造 數(shù)控系統(tǒng)的選擇機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)(CNC系統(tǒng))是數(shù)控機(jī)床的控制核心，隨著機(jī)床數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，提高了數(shù)控機(jī)床的整體性能，尤其是它的加工精度和生產(chǎn)效率提高得更為顯著，現(xiàn)在，數(shù)控機(jī)床已在機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。 (5)可充分利用機(jī)床床身部分的已加工表面作為改造部分的定位和測(cè)量基準(zhǔn)。 (3)縱向進(jìn)給直線度與原機(jī)床一樣，其運(yùn)動(dòng)精度則有數(shù)控系統(tǒng)和縱向電機(jī)、滾