普通車床數(shù)控化改造.doc

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普通車床PLC改造第一章 緒 論 1.1本文選題的背景及意義1.1.1金屬切削機(jī)床及其在國民經(jīng)濟(jì)中的地位金屬切削機(jī)床是用切削的方法將金屬毛坯加工成機(jī)器零件的機(jī)器，他是制造機(jī)器的機(jī)器，所以又被稱為“工作母機(jī)”或“工具機(jī)”。機(jī)床的母機(jī)屬性決定了它在國民經(jīng)濟(jì)中的地位。機(jī)床工業(yè)為各種類型的機(jī)械制造廠提供先進(jìn)的制造技術(shù)與優(yōu)質(zhì)高效的機(jī)床設(shè)備，促進(jìn)機(jī)械制造工業(yè)的生產(chǎn)能力和工藝水平的提高。機(jī)械制造工業(yè)肩負(fù)著為國民經(jīng)濟(jì)各部門提供現(xiàn)代化技術(shù)裝備的任務(wù)，即為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)、科研和國防等部門提供各種機(jī)器、儀器和工具。為適應(yīng)現(xiàn)代化建設(shè)的需要，必須大力發(fā)展機(jī)械制造工業(yè)?？梢?，機(jī)械制造工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)各部門賴以發(fā)展的基礎(chǔ)，而機(jī)床則是機(jī)械制造工業(yè)的基礎(chǔ)。一個(gè)國際機(jī)床工業(yè)的技術(shù)水平在很大程度上標(biāo)志著這個(gè)國家的工業(yè)生產(chǎn)能力和科學(xué)技術(shù)水平。1.1.2數(shù)控機(jī)床的優(yōu)越性 數(shù)控機(jī)床是綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、自動(dòng)檢測及精密機(jī)械等高新技術(shù)的產(chǎn)物,是技術(shù)密集度及自動(dòng)化程度很高的典型機(jī)電一體化加工設(shè)備。它與普通機(jī)床相比,其優(yōu)越性是顯而易見的,不僅零件加工精度高,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,且自動(dòng)化程度極高,可減輕工人的體力勞動(dòng)強(qiáng)度,大大提高了生產(chǎn)效率,特別值得一提的是數(shù)控機(jī)床可完成普通機(jī)床難以完成或根本不能加工的復(fù)雜曲面的零件加工,因而數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造業(yè)中的地位愈來愈顯得重要。1.1.3數(shù)控機(jī)床在我國的發(fā)展現(xiàn)狀我國是世界上機(jī)床產(chǎn)量最多的國家，但在國際市場競爭中仍處于較低水平；即使國內(nèi)市場也面臨著嚴(yán)峻的形勢,一方面國內(nèi)市場對各類機(jī)床產(chǎn)品特別是數(shù)控機(jī)床有大量的需求,而另一方面卻有不少國產(chǎn)機(jī)床滯銷積壓,國外機(jī)床產(chǎn)品充斥市場。90年國外數(shù)控機(jī)床在我國市場的占有率僅達(dá)15%左右,而95年已達(dá)77%。嚴(yán)重影響我國數(shù)控機(jī)床自主發(fā)展的勢頭。這種現(xiàn)象的出現(xiàn),除了有經(jīng)營上、產(chǎn)品制造質(zhì)量上和促銷手段上等原因外,一個(gè)主要的原因是我國生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床品種、性能和結(jié)構(gòu)不夠先進(jìn),新產(chǎn)品(包括基型、變型和專用機(jī)床)的開發(fā)周期長,從而不能及時(shí)針對用戶的需求提供滿意的產(chǎn)品。具體地說,這個(gè)問題反映在下列五個(gè)方面:(1) 我國機(jī)床廠目前開發(fā)基型產(chǎn)品的周期約為1518個(gè)月,其中設(shè)計(jì)時(shí)間約為58個(gè)月,占總周期的40%左右。而國外一些先進(jìn)機(jī)床廠同類基型產(chǎn)品的開發(fā)周期為69個(gè)月,其中設(shè)計(jì)約1.52個(gè)月,只占25%。因此無論是產(chǎn)品開發(fā)的總周期還是設(shè)計(jì)所占的時(shí)間比例均與國外先進(jìn)水平有很大的差距。(2) 我國工廠由于缺乏設(shè)計(jì)的科學(xué)分析工具(如分析和評價(jià)軟件、整機(jī)結(jié)構(gòu)有限元分析方法以及機(jī)床性能測試裝置等),自行開發(fā)的新產(chǎn)品大多基于直觀經(jīng)驗(yàn)和類比設(shè)計(jì),使設(shè)計(jì)一次成功的把握性降低,往往需要反復(fù)試制才能定型,從而可能錯(cuò)過新產(chǎn)品推向市場的良機(jī)。(3) 用戶根據(jù)使用需要,在訂貨時(shí)往往提出一些特殊要求,甚至在產(chǎn)品即將投產(chǎn)時(shí)有的用戶臨時(shí)提出一些要求,這就需要迅速變型設(shè)計(jì)和修改相應(yīng)的圖紙及技術(shù)文件。在國外,這項(xiàng)修改工作在計(jì)算機(jī)的輔助下一般僅需數(shù)天至一周,而在我國機(jī)床廠用手工操作就至少需12個(gè)月,且由于這些圖紙和文件涉及多個(gè)部門,常會(huì)出現(xiàn)漏改和失誤的現(xiàn)象,影響了產(chǎn)品的質(zhì)量和交貨期。(4) 現(xiàn)在我國工廠設(shè)計(jì)和工藝人員中青年占多數(shù),他們的專業(yè)知識和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)不足, 又擔(dān)負(fù)著開發(fā)的重任。(5)由于長期以來形成的設(shè)計(jì)、工藝和制造部門分立,缺乏有效的協(xié)同開發(fā)的模式,不能從制訂方案開始就融入各方面的正確意見,容易造成產(chǎn)品的反復(fù)修改,延長了開發(fā)的周期。為解決這些問題,必須對產(chǎn)品開發(fā)的整個(gè)過程綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù),發(fā)展優(yōu)化和仿真技術(shù),提高產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性能,并建立起基于并行工程(Concurrent Engineering)的使設(shè)計(jì)、工藝和制造人員協(xié)同工作和知識共享的產(chǎn)品虛擬開發(fā)環(huán)境,使用相應(yīng)的產(chǎn)品虛擬開發(fā)軟件，這樣才能有效地解決產(chǎn)品開發(fā)的落后局面,使企業(yè)取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。1.1.4機(jī)床數(shù)控化改造的必要性我國目前機(jī)床總量380余萬臺，而其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有11.34萬臺，即我國機(jī)床數(shù)控化率不到3%。近10年來，我國數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量約為0.60.8萬臺，年產(chǎn)值約為18億元。機(jī)床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為6%。我國機(jī)床役齡10年以上的占60%以上；10年以下的機(jī)床中，自動(dòng)/半自動(dòng)機(jī)床不到20%，F(xiàn)MC/FMS等自動(dòng)化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)（美國和日本自動(dòng)和半自動(dòng)機(jī)床占60%以上）?？梢娢覀兊拇蠖鄶?shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機(jī)床，而且半數(shù)以上是役齡在10年以上的舊機(jī)床。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(gè)企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展。所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率。 經(jīng)過大量實(shí)踐證明普通機(jī)床數(shù)控化改造具有一定經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性和穩(wěn)定性。所以很多企業(yè)紛紛將現(xiàn)有機(jī)床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，這種做法具有投資少、見效快的特點(diǎn)。事實(shí)證明：用較少的資金，將普通機(jī)床改造升級為數(shù)控機(jī)床，可以為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。1.2機(jī)床數(shù)控技術(shù)的基本概念1.2.1概述數(shù)控技術(shù)，簡稱數(shù)控(NumericalControl)。它是利用數(shù)字化的信息對機(jī)床運(yùn)動(dòng)及加工過程進(jìn)行控制的一種方法。用數(shù)控技術(shù)實(shí)施加工控制的機(jī)床，或者說裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床稱為數(shù)控機(jī)床。數(shù)控系統(tǒng)包括：數(shù)控裝置、可編程序控制器、主軸驅(qū)動(dòng)及進(jìn)給裝置等部分。要實(shí)現(xiàn)對機(jī)床的控制，需要用幾何信息描述刀具和工件間的相對運(yùn)動(dòng)以及用工藝信息來描述機(jī)床加工必須具備的一些工藝參數(shù)，如：進(jìn)給速度、主軸轉(zhuǎn)速、主軸正反轉(zhuǎn)、換刀、冷卻液的開關(guān)等。這些信息按一定的格式形成加工程序，通過數(shù)控系統(tǒng)的譯碼，從而使機(jī)床準(zhǔn)確地動(dòng)作和加工出優(yōu)質(zhì)的零件。1.2.2數(shù)控機(jī)床的工作流程數(shù)控機(jī)床工作時(shí)根據(jù)所輸入的數(shù)控加工程序，由數(shù)控裝里控制機(jī)床部件的運(yùn)動(dòng)零件加工輪廓，從而滿足零件形狀的要求。數(shù)控加工程序的編制：在零件加工前，首先根據(jù)被加工零件圖樣所規(guī)定的零件形狀、尺寸、材料及技術(shù)要求等，確定零件的工藝過程、工藝參數(shù)、幾何參數(shù)以及切削用量等，然后根據(jù)數(shù)控機(jī)床編程手冊規(guī)定的代碼和程序格式編寫零件加工程序。對于比較簡單的零件，通常采用手工編程；對于形狀復(fù)雜的零件，則在編程機(jī)上進(jìn)行自動(dòng)編程，或者在計(jì)算機(jī)上用CAD/CAM軟件自動(dòng)生成零件加工程序。譯碼：數(shù)控裝置接受程序，譯碼程序按照一定的語法規(guī)則將信息解釋成計(jì)算機(jī)能夠識別的數(shù)據(jù)形式。刀具補(bǔ)償：零件加工程序通常是按零件輪廓軌跡編制的。刀具補(bǔ)償?shù)淖饔檬前蚜慵喞壽E轉(zhuǎn)換成刀具中心軌跡運(yùn)動(dòng)加工出所要求的零件輪廓。插補(bǔ)：插補(bǔ)的目的是控制加工運(yùn)動(dòng)，使刀具相對于工件作出符合零件輪廓軌跡的相對運(yùn)動(dòng)。位置控制和機(jī)床加工：位置控制的任務(wù)是在每個(gè)采樣周期內(nèi)，將插補(bǔ)計(jì)算出的指令位置與實(shí)際反饋位置相比較，用其差值去控制伺服電機(jī)，電動(dòng)機(jī)使機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件帶動(dòng)刀具相對于工件按規(guī)定的軌跡和速度進(jìn)行加工。1.3數(shù)控機(jī)床的組成和分類1.3.1數(shù)控機(jī)床的組成數(shù)控機(jī)床一般由輸入輸出設(shè)備、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、測量反饋裝置和機(jī)床本體組成，見圖1-1：圖1-1 數(shù)控機(jī)床的組成(1)輸入輸出設(shè)備輸入輸出設(shè)備主要實(shí)現(xiàn)程序編制、程序和數(shù)據(jù)的輸入以及顯示、存儲和打印 。(2)數(shù)控裝置數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的核心。它接受來自輸入設(shè)備的程序和數(shù)據(jù)，并按輸入信息的要求完成數(shù)值計(jì)算、邏輯判斷和輸入輸出控制等功能。(3)伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)是接受數(shù)控裝置的指令，驅(qū)動(dòng)機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的馭動(dòng)部件。它包括伺服電路和伺服電機(jī)組成。一般來說，數(shù)控機(jī)床的伺服驅(qū)動(dòng)要求有好的快速響應(yīng)性能，能靈敏而準(zhǔn)確地跟蹤由數(shù)控裝置發(fā)出的指令信號。(4)測量反饋裝置該裝置由測量部件和響應(yīng)的測量電路組成，其作用是檢測速度和位移，并將信息反饋給數(shù)控裝置，構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。(5)機(jī)床本體機(jī)床本體是數(shù)控機(jī)床的主體，是用于完成各種切削加工的機(jī)械部分。1.3.2數(shù)控機(jī)床的分類按伺服系統(tǒng)的控制原理可分為：開環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床、半閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床和閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床。(1)開環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床這類數(shù)控機(jī)床不帶有位置檢測裝置，數(shù)控裝置將零件程序處理后，輸出數(shù)字信號給伺服系統(tǒng).驅(qū)動(dòng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)。指令信號的流程是單向的。如圖1-2所示。圖1-2 開環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床(2)閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床這類機(jī)床帶有檢測裝置。它隨時(shí)接受在工作臺端測得的實(shí)際位置反饋信號，將其與數(shù)控裝置發(fā)來的指令位置信號相比較，由其差值控制進(jìn)給軸運(yùn)動(dòng)，直到差值為零，進(jìn)給軸停止運(yùn)動(dòng)。如圖1-3。圖1-3 閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床閉環(huán)控制可以消除包括工作臺傳動(dòng)鏈帶在內(nèi)的誤差，從而定位精度高、速度調(diào)節(jié)快，但由于工作臺慣量大，給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)整帶來很大的困難，主要是系統(tǒng)的穩(wěn)定性受到不利影響。(3)半閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床半閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床與閉環(huán)控制得到數(shù)控機(jī)床的區(qū)別在于檢測反饋信號不是來自工作臺。而是來自電動(dòng)機(jī)端或絲杠端連接的測量元件。如圖1-4。圖1-4 半閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床實(shí)際位置的反饋是通過間接測得的伺服電動(dòng)機(jī)的角位移算出來的，因而控制精度沒有閉環(huán)高，但機(jī)床工作的穩(wěn)定性卻由于大慣盆工作臺被排除在控制環(huán)外，調(diào)試方便，因而廣泛用于數(shù)控機(jī)床中。1.4數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)(1)加工零件的適應(yīng)性強(qiáng)，靈活性好。(2)加工精度高，產(chǎn)品質(zhì)皿穩(wěn)定。(3)生產(chǎn)率高。(4)減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。(5)生產(chǎn)管理水平高。 1.5 CA6140車床數(shù)控改造技術(shù)參數(shù) 最大工件直徑/mm 400 最大工件長度/mm 1500 溜板及刀架重力/N 縱向（z軸）800；橫向（x軸）600 刀架快速移動(dòng)速度/m/min 縱向2.4；橫向1.2 最大進(jìn)給速度/m/min 縱向0.6；橫向0.3 定位精度/mm 0.015 主電動(dòng)機(jī)功率/kw 7.5 啟動(dòng)加速時(shí)間/ms 30第二章 車床的總體改造和設(shè)計(jì)2.1 CA6140車床改造的總休方案圖2-1 數(shù)控系統(tǒng)的總體框架總體框架說明:(1) PC機(jī)：可采用工控PC機(jī)，可滿足該控制系統(tǒng)的控制要求。(2)運(yùn)動(dòng)控制卡：采用PCL運(yùn)動(dòng)控制卡，該卡是一種高速三軸步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制卡，它有16位的數(shù)字輸入、輸出口，可實(shí)現(xiàn)三軸聯(lián)動(dòng)。因此，它可以滿足車床X、Z軸聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)直線，圓弧插補(bǔ)。(3)光電耦合電路的作用是能夠隔離外部干擾信號對運(yùn)動(dòng)控制卡的信號沖擊，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。(4)機(jī)床本體是由CA6140改造而來，拆除原來的絲桿，溜板箱，變速箱等。(5)步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器要能夠達(dá)到0.005mm的加工精度要求。(6)各種限位開關(guān)：減速開關(guān)，回零開關(guān)均安裝在機(jī)床本體上，限位開關(guān)起著硬件硬限位的作用，當(dāng)車床加工工件超出加工范圍時(shí)，車床自動(dòng)停止加工。減速開關(guān)的作用是當(dāng)車床刀架回零并走到車床零點(diǎn)附近時(shí)，減速開關(guān)被開啟并通知車床減速走到零位置。2.2進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)考慮到該數(shù)控系統(tǒng)是開環(huán)控制，沒有位置反饋，故進(jìn)給系統(tǒng)盡可能的要減少中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)。本車床的X、Z兩軸進(jìn)給系統(tǒng)去掉了原來的進(jìn)給系統(tǒng)的中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，直接采用了步進(jìn)電機(jī)+剛性聯(lián)軸器+滾珠絲桿的傳動(dòng)方案。拆除原來的絲桿，增加少量的機(jī)械附件，就可安裝步進(jìn)電機(jī)及滾珠絲桿螺母副。2.3控制系統(tǒng)的軟件部分該車床控制系統(tǒng)采用GSK980T系統(tǒng)。其功能主要有讀取零件的加工G代碼，編輯和編譯G代碼，仿真加工(包括加工前仿真和與加工同步仿真)，回參考點(diǎn)，手工對刀，加工中斷，超程軟限位等功能。它可處理進(jìn)給速度，主軸速度及轉(zhuǎn)速方向，刀具信息，M功能等多種加工信息。加工過程中，軟件界面的狀態(tài)欄還可以顯示出刀具當(dāng)前的坐標(biāo)，加工狀態(tài)，加工時(shí)間等信息。2.4改造后機(jī)床的特點(diǎn)(1)具有與原機(jī)床一致的剛度與強(qiáng)度.(2)具有與原機(jī)床一致的加工范圍。(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)、滾珠絲杠的精度保證。(4)橫向進(jìn)給的直線度和運(yùn)動(dòng)精度全部有改造部分的制造和裝配精度保證。(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量基準(zhǔn)。(6)改造后的機(jī)床外型將類似于國產(chǎn)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床，整體較美觀、大方。 第三章 機(jī)床的電氣改造3.1 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。目前市場上流行的數(shù)控系統(tǒng)，如FANUC、西門子、GSK980TD等都配置有車床數(shù)控系統(tǒng)，能夠勝任車、削加工的大部分工作，并具有價(jià)格低廉、可靠性強(qiáng)、功能強(qiáng)大等特點(diǎn)。在對多家數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行比較后!我們選擇了GSK980TD型數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控機(jī)床應(yīng)能長期連續(xù)加工，其數(shù)控系統(tǒng)必須能夠長期無故降連續(xù)運(yùn)行。為保證機(jī)床長期可靠地運(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。常年的工作考臉證明GSK980TD系統(tǒng)是最可靠的數(shù)控系統(tǒng)之一，它能在一般車間環(huán)境下運(yùn)行。其工作場地的室溫為0-45，相對濕度75%短時(shí)可達(dá)95%,抗震為0.5g ，電網(wǎng)電壓波動(dòng)為10%-15%,經(jīng)對使用中系統(tǒng)的實(shí)際統(tǒng)計(jì)，GSK980TD系統(tǒng)的故障率為0.008，比較好地滿足了我國市場的要求。GSK980TD系統(tǒng)之所以有非常高的可靠性，主要源自以下因素：(1)可靠的高質(zhì)量的元器件及良好的老化篩選工藝。(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。(3)全自動(dòng)化工廠生產(chǎn)制造：多層印刷板的制板、元件的插裝、焊接、印刷板的檢查、系統(tǒng)的組裝、電機(jī)投料、沖片、精鑄、機(jī)械加工、裝配、成品的包裝出廠全部為自動(dòng)化，這就使得在生產(chǎn)過程中避免了外界(人)的不穩(wěn)定因素的干預(yù)。所以產(chǎn)品的一致性好，增加了可靠性。 (4)良好的控制軟件設(shè)計(jì)：GSK980TD系統(tǒng)經(jīng)過在國內(nèi)各地?cái)?shù)年的運(yùn)行，積累了豐富的數(shù)據(jù)，因此在軟件設(shè)計(jì)時(shí)考慮了可能出現(xiàn)的各種故障情況，加入了許多保護(hù)和提高可靠性的措施，如開機(jī)和狀態(tài)切換時(shí)的層層檢側(cè)、過壓、過流、反饋斷線等報(bào)警，使得機(jī)床運(yùn)行中出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)能及時(shí)處理，從而進(jìn)免了元部件的損壞。(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。主軸控制信號的傳送使用光纜，使信號免受外界干擾。3.1.1 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。對于數(shù)控系統(tǒng)，由于其是弱電電路，如果采用十24VDC為電源輸入，可以大大降低其熱源和不穩(wěn)定因素。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。GSK980TD系統(tǒng)的可靠性好，性能/價(jià)格比高，在全國各地己銷售10余萬臺。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)過多次。目前銷售的TA和TD，其硬件結(jié)構(gòu)基本一樣，只是控制軸數(shù)不同，所配置的進(jìn)給軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)不同。GSK980TD系統(tǒng)的CNC單元為大板結(jié)構(gòu)?；九渲糜兄靼濉⒋鎯ζ靼?、I/O板、伺服軸控制板和電源。各板插在主板上，與CPU的總線相連。(1)主板主CPU在該板上。主CPU用于系統(tǒng)主控，原來用80386，從1998年起改用80486/DX2。此外，顯示的CRT控制也在該板上。(2)存儲器板該板上有：系統(tǒng)的控制軟件ROM(共5片)。GSK980TD系統(tǒng)可控制車床。不同類型的機(jī)床控制軟件不同；伺服控制軟件ROM I片；PMC-L的ROM芯片2片，用于存儲機(jī)床的強(qiáng)電控制邏輯程序；RAM芯片，用于寄存CPU的中間運(yùn)算數(shù)據(jù)，根據(jù)需安裝；COMSRAM，用于存儲系統(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)。CMOSRAM與4.5V 電池相連，關(guān)機(jī)時(shí)保存信息。(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，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)。(4)進(jìn)給伺服控制板GSK980TD系統(tǒng)全部用數(shù)字式交流伺服控制。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)。伺服板上有2個(gè)CPU(TMS320)，用于伺服的數(shù)字控制。每個(gè)CPU控制2個(gè)軸，一塊板可控制4個(gè)軸。該板接受主CPU分配的伺服控制指令，輸出6個(gè)相位各差60的脈寬調(diào)制信號(每軸)，加于各軸的伺服驅(qū)動(dòng)的功率放大器上。TD系統(tǒng)為4軸(最大配里)控制，2軸聯(lián)動(dòng)，只用一塊伺服板。(5)電源主要有5V直流電，用于各板的供電。24V直流電，用于單元內(nèi)各繼電器控制。除上述這些板外，還有圖形控制板、PMC-M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。(6)PLC功能的內(nèi)部集成PLC功能的內(nèi)部集成化，提高了PLC和CNC的內(nèi)部通訊能力，增強(qiáng)了機(jī)床的邏輯控制，PLC的32輸入和24輸出模塊，陽M的32輸入和24輸出模塊，可以和外圍的電路相連接，而這種模塊，通過陽M提供的電纜和剛M數(shù)控系統(tǒng)連接。這就提高了整個(gè)機(jī)床的可靠性。同時(shí)又提高了數(shù)控系統(tǒng)的保護(hù)(如果有間題，只能損壞這種模塊，不會(huì)對數(shù)控系統(tǒng)造成破壞)。光纖技術(shù)的通訊，可以擴(kuò)展PLC輸入輸出點(diǎn)，通過光纖進(jìn)行連接，簡化和線路的連接。(7)軸轉(zhuǎn)接模塊GSK980TD提供了軸轉(zhuǎn)接模塊，機(jī)床的編碼器和到伺服的線路可以直接聯(lián)到此模塊，通過它再和數(shù)控系統(tǒng)的軸板進(jìn)行連接。提高了數(shù)控系統(tǒng)的可靠性，如果機(jī)床的軸有問題，可以直接把軸模塊上的插頭相對換，就能很快的查出問皿所在(系統(tǒng)內(nèi)部或外部)。3.1.2 軟件功能(1)CNC功能系統(tǒng)軟件的開放性和友好界面，幫助性的編程方式。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。M功能和PLC功能的調(diào)用子程序，E參數(shù)(用戶可以通過E參數(shù)來讀取或改變CNC的數(shù)值)。強(qiáng)大的通訊功能(RS232IRS4221RS485) ，邊加工邊傳輸功能。提高了計(jì)算機(jī)的CAD/CAM程序的加工能力。完善的絲杠螺距補(bǔ)償。FANUC的螺距補(bǔ)償為線性補(bǔ)償，補(bǔ)償中僅把相應(yīng)的拐點(diǎn)坐標(biāo)值輸入即可。并且沒有固定的距離和補(bǔ)償值的限制。(2)PLC功能梯形圖的PLC程序，多任務(wù)的PLC程序的編程結(jié)構(gòu)，提高了PLC程序的編寫和可讀性。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。豐富的PLC和CNC交換信息量, PLC圖形界面的管理。(3)強(qiáng)大的編程軟件 GSKCC軟件。Windows環(huán)境下并運(yùn)行在PC計(jì)算機(jī)上，PLC程序的編寫工具，方便的機(jī)床程序管理。簡便的通訊能力(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))。 GSKCC軟件Windows環(huán)境并運(yùn)行在PC計(jì)算機(jī)。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)。3.1.3 顯示GSK980TD系統(tǒng)的顯示器320 240點(diǎn)陣，用單色液晶顯示器(LCD),標(biāo)準(zhǔn)為5.7,也可配彩色顯示器。GSK980TD系統(tǒng)有圖形顯示功能：對編制的加工程序進(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:在加工過程中顯示刀尖的軌跡，使操作員能夠監(jiān)視切削過程。圖形可局部放大，以便觀察細(xì)部。顯示圖形必須用圖形控制板，該板為專用微機(jī)，CPU用80186。3.1.4 PMC控制PMC就是可編程序機(jī)床控制器，是專門用于控制機(jī)床的PLC。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)?；局噶顬?進(jìn)制位的邏輯運(yùn)算，功能指令主要有數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)變換、譯碼和代數(shù)運(yùn)算。GSK980TD系統(tǒng)用梯形圖編制PMC順序邏輯程序。由于有功能指令，使得PMC程序編制非常容易，簡捷。梯形圖可用下述兩種方法編制：用專用的編輯卡利用LCD液晶顯示畫面在系統(tǒng)上現(xiàn)場編制。在計(jì)算機(jī)上裝入專用軟件用計(jì)算機(jī)編制，然后經(jīng)RS-232C口將梯形圖程序傳送到數(shù)控系統(tǒng)。調(diào)試好的程序要用寫入器寫入EPROM。GSK980TD系統(tǒng)PMC控制有FMC-L和PMC-M2種。PMC-L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。PMC-M為專用處理機(jī)，徽處理器為80186，專用一塊板，插在主板上，處理時(shí)間為2us步，最大步數(shù)為8000步。2種PMC的掃描周期均為I6ms。3.1.5 進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)GSK980TD系統(tǒng)進(jìn)給軸的驅(qū)動(dòng)使用交流同步電動(dòng)機(jī)，目前為a系列。根據(jù)其負(fù)載特性和快速性分為:a(標(biāo)準(zhǔn)型)、am(高加速特性)、ac(經(jīng)濟(jì)型)和aL(低慣量型)。最大力矩為400Nm。 0-C配a型;0-D配置ac型。am加速特性好，從0至最高轉(zhuǎn)速的啟動(dòng)過程為24ms，故用于高速加工。電機(jī)軸上裝有脈沖編碼器，每轉(zhuǎn)發(fā)出65536個(gè)脈沖(經(jīng)電路倍頻)，用做位置反饋和速度反饋。這種位置反饋，是間接測量工作臺的直線位移，所以稱為半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。但是，只要設(shè)定相應(yīng)的參數(shù)GSK980TD系統(tǒng)可以使用直線光柵尺，使系統(tǒng)接成全閉環(huán)。除此之外，還可接成雙位置反饋，即同時(shí)具有上述2個(gè)閉環(huán)。這樣，既可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，還可以提高系統(tǒng)的快逮性和加工精度。進(jìn)給伺服單元的控制用前述的軸控制板，該板輸出控制指令信號到功率放大器。功率放大器為模塊化結(jié)構(gòu)，分為整流模塊和逆變模塊，使用IPM元件。LSI是專用位置控制大規(guī)模集成電路芯片。ROM中存儲的控制程序主要有同步電機(jī)的快速響應(yīng)矢量控制、IP調(diào)節(jié)器、速度和位里的反饋控制、前饋和提前前饋控制和狀態(tài)觀測器。此外，還有許多非線性補(bǔ)償與控制，如單脈沖抑制、超調(diào)抑制、反向間隙加速補(bǔ)償、機(jī)床的速度反饋等。還有運(yùn)行過程的監(jiān)測及保護(hù)。由于有這些控制，使GSK980TD系統(tǒng)運(yùn)行可靠、快速、平穩(wěn)、精度高。3.1.6 主軸驅(qū)動(dòng)GSK980TD系統(tǒng)可以同時(shí)控制2個(gè)主軸電動(dòng)機(jī)，可以是2個(gè)數(shù)字式控制的電機(jī)，也可以一個(gè)為數(shù)字式，另一個(gè)為模擬式控制電機(jī)。模擬控制指令是0-10V的直流電壓。該系統(tǒng)的主軸電機(jī)為異步電機(jī)，目前為a系列。有以下品種;a:標(biāo)準(zhǔn)型，恒功率調(diào)速范圍4:1; aP：恒功率寬調(diào)速范圍型(8:1); aC經(jīng)濟(jì)型;aT：與主軸直連型。主軸電機(jī)的最大功率為37kW，最高轉(zhuǎn)速可達(dá)15000r/min，用數(shù)字式矢量控制。主軸驅(qū)動(dòng)有速度控制和位置控制2種工作方式，普通加工為速度控制。主軸電機(jī)軸上裝有圓型的磁性傳感器，用做速度反饋。位置控制用于主軸同步、主軸定向、剛性攻絲、Cs軸輪廓控制。因此需要控制主軸的轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)位，輪廓控制時(shí)要與其它軸插補(bǔ)。此時(shí)需在機(jī)床的主軸上裝位置編碼器，位置編碼器有光電式和磁性傳感器。普通為每轉(zhuǎn)發(fā)出1024個(gè)脈沖，高精度的發(fā)出360000個(gè)脈沖/轉(zhuǎn)。主軸控制用單獨(dú)的CPU控制，處理器為TMS-320。從CNC單元輸出的控制指令用一條光纜送到主軸的控制單元，數(shù)據(jù)為串行傳送，因此可靠性比較高。3.1.7 RS-232C口及數(shù)據(jù)通訊GSK980TD系統(tǒng)有2個(gè)串口(RS-232C)，分4個(gè)通道，用于系統(tǒng)與外部設(shè)備的數(shù)據(jù)交換。交換的數(shù)據(jù)包括:系統(tǒng)及機(jī)床的設(shè)定參數(shù)、PMC參數(shù)、零件加工程序、刀具補(bǔ)償值、設(shè)定的工件坐標(biāo)系、絲杠的螺補(bǔ)值等。與計(jì)算機(jī)相連時(shí)，計(jì)算機(jī)內(nèi)必須裝有數(shù)據(jù)傳送軟件。最快的傳送速率為9600bps。除上述的信息交換外，利用串行通訊還可實(shí)現(xiàn)下列方式的在線加工與機(jī)床的DNC管理:(1)紙帶方式的加工:加工復(fù)雜零件時(shí)，加工程序非常長，CNC的內(nèi)存容量不夠用，可將程序存于外設(shè)，如計(jì)算機(jī)的軟盤。用電纜將PC機(jī)與CNC經(jīng)串口連接后，啟動(dòng)自動(dòng)加工，CNC預(yù)讀15個(gè)程序段，開始加工。此后加工一段讀入一段，直至結(jié)束。(2)遠(yuǎn)程緩沖(REMOTEBUFFER):上述方式雖然解決了長程序的存儲問題，但由于數(shù)據(jù)的邊讀入、邊處理、邊加工，所以加工速度慢。對于小程序段、快速加工，走刀有停頓現(xiàn)象，為此，開發(fā)了REMOTEBUFFER功能。該功能可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)塊的傳送，有2種工作方式:計(jì)算機(jī)存儲的加工程序是通常的加工代碼指令方式。緩沖器接受后變?yōu)?進(jìn)制，然后送到CNC執(zhí)行。計(jì)算機(jī)存儲的加工程序是按2進(jìn)制編制的。緩沖器收到后不經(jīng)轉(zhuǎn)換即送往CNC執(zhí)行。這2種方式都比紙帶方式的加工速度快，數(shù)據(jù)傳送速率最快為77900bps.最訣加工速度為15m/s，電纜最長可達(dá)100m(無調(diào)制解調(diào)器時(shí))。(3)DNC2:它可使8臺CNC機(jī)床與主計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程相連，實(shí)現(xiàn)多臺機(jī)床的加工監(jiān)控與管理。連接方式為點(diǎn)點(diǎn)式，數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議為LVS2，傳送速率最高為19200bps。CNC與主計(jì)算機(jī)交換的信息除了系統(tǒng)和機(jī)床的參數(shù)、加工程序、加工的設(shè)定值外，還可傳送機(jī)床的工作狀態(tài)，如自動(dòng)加工啟動(dòng)、停止、加工中暫停、報(bào)警等。DNC2共設(shè)計(jì)了60多條指令。主計(jì)算機(jī)必須根據(jù)這些指令格式編制相應(yīng)的處理程序，編程語言用C。為方便用戶，可提供宏指令庫。3.1.8 調(diào)機(jī)、維護(hù)與故障診斷(1)伺服參數(shù)設(shè)定與調(diào)整:為了方便調(diào)機(jī)，系統(tǒng)的CRT有進(jìn)給伺服參數(shù)設(shè)定畫面和調(diào)整畫面。在參數(shù)的設(shè)定畫面上，只需設(shè)定初始化位、電機(jī)代碼等參數(shù)即可設(shè)定好所用電機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，使電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。其中的柔性變速比可設(shè)定電機(jī)與滾珠絲杠及位置反饋傳感器(脈沖編碼器)之間的齒輪傳動(dòng)比。該變比可以不為整數(shù)。在伺服調(diào)整畫面上可以定量地讀出機(jī)床工作臺移動(dòng)時(shí)各軸的伺服增益、伺服誤差及其變動(dòng)情況。據(jù)此，可判斷系統(tǒng)運(yùn)行是否穩(wěn)定、有無爬行以及跟隨精度等，根據(jù)情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。有故降時(shí)該畫面還顯示伺服的報(bào)警。(2)主軸參數(shù)設(shè)定:輸入主軸電機(jī)的代碼及初始化位即可設(shè)定好主軸電機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，電機(jī)即可穩(wěn)定運(yùn)行。主軸運(yùn)行有監(jiān)視畫面，在該畫面上可讀出主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)速、負(fù)載百分比及主軸的轉(zhuǎn)速，從而可以省去通常的轉(zhuǎn)速表和負(fù)載表。(3)加工程序錯(cuò)誤顯示:程序出錯(cuò)時(shí)，CRT上顯示報(bào)警號。根據(jù)報(bào)警號可由說明書中查出錯(cuò)誤原因，報(bào)警表是多年經(jīng)驗(yàn)的積累，幾乎所有的編程錯(cuò)誤都可從該表中查出。(4)運(yùn)行故障顯示:CNC控制軟件的運(yùn)行、硬件的各主要元件、伺服控制、主軸控制等出現(xiàn)故障時(shí)，CRT上均顯示相應(yīng)的報(bào)警號。GSK980TD系統(tǒng)對這些故障有較好的保護(hù)。例如，伺服反饋斷線形成大開環(huán)時(shí)，既不會(huì)撞車，也不會(huì)損壞元件。(5)I/O信號診斷。CRT可顯示梯形圖，在該圖上可以檢查機(jī)床強(qiáng)電信號的工作。CRT還有診斷畫面，通過該畫面，根據(jù)信號的地址檢查0/1狀態(tài)變化，可判斷其是否正常工作。3.1.9 系統(tǒng)的功能GSK980TD系統(tǒng)為全功能型，下列一些功能增加了系統(tǒng)的應(yīng)用范圍和操作的方便:Cs軸輪廓控制:可以省掉Cf軸，用主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)作為回轉(zhuǎn)坐標(biāo)與其它直線軸插補(bǔ)，加工輪廓曲線。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。PMC軸控制:用梯形圖程序控制伺服進(jìn)給軸，用于回轉(zhuǎn)軸分度或定量位置進(jìn)給。0-C系統(tǒng)PMC可控制2個(gè)進(jìn)給軸。主軸雙刀架。0.1um分辨率:系統(tǒng)分辨率標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定為1urn?？捎脜?shù)設(shè)定為其1/10.加工程序的后臺編輯:自動(dòng)切削過程中可以編輯新的程序。菜單編程。圖形會(huì)話在線自動(dòng)編程:有多種形式，最新的是符號指令形式，易學(xué)，易操作。有工藝參數(shù)語句。用戶宏程序:一種參量編程軟件包，用來編制加工程序(適合于成組工藝)或者用其接口變量編制PMC程序，控制CNC的運(yùn)行狀態(tài)。CNC是本系統(tǒng)的核心部分，用以完成人機(jī)對話與通訊，解釋機(jī)械加工語言，分配加工任務(wù)，以及協(xié)調(diào)各功能模塊的工作等。進(jìn)給控制部分選用NUMDRIVE交流伺服系統(tǒng)，根據(jù)計(jì)算以及參考同類型機(jī)床，縱向(Z軸)選36N.m交流何服電機(jī)，橫向(X軸)選用22N.m電機(jī)，實(shí)現(xiàn)位置、速度雙閉環(huán)控制，以實(shí)現(xiàn)機(jī)床精確的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。輔助控制部分包括機(jī)床的冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)與主軸運(yùn)動(dòng)等方面的控制。同時(shí)在主軸箱內(nèi)安裝編碼器，以構(gòu)成加工螺紋所需的主輸系統(tǒng)(c軸)。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，其速比為6.4:1,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，分辨率為50.625秒/脈沖，完全滿足數(shù)控系統(tǒng)對C軸的反饋精度要求。3.2 數(shù)控系統(tǒng)電氣控制線的連接原機(jī)床已有一個(gè)電控柜，里面放置了開關(guān)、繼電器、接觸器等。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。GSK980TD數(shù)控系統(tǒng)外圍接口棋塊如下:(1)RS-232通訊接口。(2)X軸,Z軸及主軸控制接口:用來控制X軸、Z軸伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)及主軸的轉(zhuǎn)速。(3)編碼器反饋信號接口:用于與主軸電機(jī)的編碼器的連接，編碼器的作用是將轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)換為脈沖信號，從而實(shí)現(xiàn)了對主軸轉(zhuǎn)速的檢測，這在螺紋加工的時(shí)候是不可缺少的。(4)手搖脈沖發(fā)生器接口:實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、聯(lián)動(dòng)切削。(5)開關(guān)量輸入輸出接口:輸入信號主要用于X、Z方向是否超程的檢測，刀架的位置檢測，坐標(biāo)原點(diǎn)位置檢測等。輸出信號主要用于主軸的轉(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。這樣對該機(jī)床的一些三線式接近開關(guān)，提供了方便可靠的連接。(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。面板與系統(tǒng)采用光纖連接，結(jié)合該機(jī)床控制操作的自身特點(diǎn)要求，在機(jī)床立板上定義了一些操作鍵，完全滿足了機(jī)床控制的要求。(7)模擬輸入輸出及外部中斷接口.此接口為機(jī)床提供了一個(gè)靈活的模擬輸出口，便于與其它模塊相連。(8)密集型面板接口。可通過密集型面板進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。輸入零件加工程序，實(shí)時(shí)跟蹤加工情況。3.3 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。為了保證系統(tǒng)的高效運(yùn)行，要求所傳輸?shù)拿總€(gè)數(shù)據(jù)信息都應(yīng)選用最有效率的信息，即是必須傳輸?shù)?，意義準(zhǔn)確完整的，和盡量選用使用頻率高的信息，這有助于提高系統(tǒng)的可靠性，運(yùn)行效率和減少信息傳輸費(fèi)用。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。3.3.1數(shù)控系統(tǒng)與進(jìn)給控制模塊間信息傳輸數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出:設(shè)定值?？刂茀?shù) :PID調(diào)節(jié)參數(shù)，行程極限，速度極限?？刂谱?: 進(jìn)給控制運(yùn)行(運(yùn)行、停止等)。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。運(yùn)行參數(shù): 實(shí)測位置，實(shí)測轉(zhuǎn)速。3.3.2數(shù)控系統(tǒng)與輸入輸出模塊間信息傳輸數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出:主軸轉(zhuǎn)速設(shè)定值。邏輯控制 :控制刀架，冷卻泵，冷卻閥等。輸入輸出模塊發(fā)出:實(shí)測主軸轉(zhuǎn)速值。運(yùn)動(dòng)邏輯狀態(tài):刀具到位識別，氣動(dòng)卡盤夾緊，主軸超速，機(jī)床原點(diǎn)，越位限制等。對上列數(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空間，設(shè)計(jì)傳輸通道。 第四章 可編程控制器PLC的控制及設(shè)計(jì)4.1 PLC的基本結(jié)構(gòu)及工作原理PLC采用的是典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，主要包括CPU,RAM,ROM和輸入、輸出接口電路等。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。如果把PLC看作一個(gè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由輸入變量-PLC-輸出變量組成，外部的各種開關(guān)信號、模擬信號、傳感器檢測的各種信號均作為PLC的輸入變量:它們經(jīng)PLC外部輸入端子輸入到內(nèi)部寄存器中，經(jīng)PLC內(nèi)部邏輯運(yùn)算或其他各種運(yùn)算、處理后送到輸出端子，他們是PLC的輸出變量。由這些輸出變量對外圍設(shè)備進(jìn)行各種控制。這里可將PLC看作一個(gè)中間處理器或變換器，以將輸入變量變換為輸出變量。4.1.1 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，這些信號來自操作臺上的人工指令。(2)控制部分Z反復(fù)執(zhí)行根據(jù)被控對象的實(shí)際控制要求所編制的用戶程序，并產(chǎn)生各種輸出控制信號。(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，用以控制被控對象的動(dòng)作。4.1.2 PLC工作過程分三段進(jìn)行(1)輸入處理:PLC以重復(fù)掃描方式執(zhí)行用戶程序，在執(zhí)行程序前首先按地址編碼順序?qū)⑺休斎攵俗拥耐〝酄顟B(tài)(輸入信號)讀入輸入映象寄存器中，然后開始執(zhí)行用戶程序，在執(zhí)行過程中，即使輸入信號發(fā)生變化，輸入映象寄存器的內(nèi)容也不變，直到下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段才重新讀取輸入狀態(tài)。(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 )輸出處理:當(dāng)全部指令執(zhí)行完畢后，將輸出映象寄存器中的狀態(tài)全部傳送到輸出鎖存寄存器中，構(gòu)成PLC的實(shí)際物出并有輸出端子送出。4.2 PLC與CNC機(jī)床的聯(lián)接方式CNC數(shù)控系統(tǒng)的控制信號有兩類:一類是高速信號,主要用于各個(gè)坐標(biāo)軸的插補(bǔ)運(yùn)動(dòng);另一類是低速信號，主要用于控制主軸電機(jī)的正、反運(yùn)轉(zhuǎn)、接觸器、電磁閥的通斷等開關(guān)t，低速信號的控制對象主要一些商電壓或大電流的強(qiáng)電設(shè)備，其控制采用可編程序控制器，具有可靠性高，柔性好等特點(diǎn)，而且隨粉可編程控制器本身性能價(jià)格比不斷提高，在現(xiàn)代CNC, FMS系統(tǒng)中的應(yīng)用有不斷上升的趨勢。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;第二種是采用數(shù)控氛統(tǒng)與PLC合用一個(gè)CPU的方法.PLC在CPU內(nèi)部，稱為內(nèi)裝型PLC. FANUC數(shù)控系統(tǒng)采用內(nèi)裝型PLC?？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觸點(diǎn)開關(guān)通斷，通過CNC數(shù)控完成可編程控制器對機(jī)床強(qiáng)電的邏輯控制。CNC機(jī)床的被控對象有帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)的主電機(jī)、大量開關(guān)量、伺服電機(jī)等，可編程控制器與CNC機(jī)床的強(qiáng)電、CNC數(shù)控裝里1/0口的聯(lián)接可歸納為三部分。4.2.1 PLC輸入輸出端與機(jī)床面板信號聯(lián)接FANUC機(jī)床操作面板有多達(dá)39個(gè)自定義鍵。面板與系統(tǒng)采用光纖連接。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。CNC數(shù)控機(jī)床操作面板上有按鈕、旋鈕開關(guān)、波段開關(guān)和指示燈等.按鈕、旋鈕開關(guān)和波段開關(guān)直接與可編程控制器的愉入端接線柱相連，指示燈接線直按與PLC輸出端接線柱相連，指示燈的亮暗取決于相應(yīng)的PLC輸入端的開關(guān)狀態(tài)及固化在PCROM卡中的梯形圈程序。4.2.2 PLC輸出端與機(jī)床強(qiáng)電信號聯(lián)接PLC在CNC機(jī)床中的主要作用是控制強(qiáng)電部分.如:主控電源、伺服電源、刀架電機(jī)正反轉(zhuǎn)、主軸風(fēng)扇、潤滑電機(jī)勢。由于流過強(qiáng)電電路的電流很大，在PLC輸出瑞都接有保護(hù)用繼電器。在每一個(gè)交流緣圈兩側(cè)并聯(lián)阻容電路以吸收由于線圈通斷時(shí)產(chǎn)生的浪涌電流.為了提商電機(jī)運(yùn)行的可非性，在接觸移線翻電路中加有互鎖保護(hù)觸點(diǎn)。同理，每個(gè)電機(jī)的運(yùn)行程序控制邏輯都固化在PCROM卡中，受機(jī)床操作面板開關(guān)和數(shù)控系統(tǒng)軟件的控制。4.2.3 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，CNC機(jī)床數(shù)控裝I與可編程控制器的聯(lián)接是通過軟開關(guān)直接控制PLC粕入端的通斷.以決定PLC輸出端的狀態(tài).從數(shù)控裝置I/0口的信息流向分析，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;另一種是檢測PLC輸入口的開關(guān)狀態(tài)，數(shù)控裝里的I/0口是輸入信號，數(shù)控裝登根據(jù)輸入信號的性質(zhì)做出相應(yīng)的控制。4.3 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，歸納起來有4種:一種是準(zhǔn)備功能，即所謂的O代碼;第二種是輔助功能，即所謂的M代碼:第三種是刀具功能，即所謂的T代碼:第四種是轉(zhuǎn)速功能即所謂的S代碼。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。在數(shù)控機(jī)床內(nèi)部4種功能中，O功能主要與聯(lián)動(dòng)坐標(biāo)軸驅(qū)動(dòng)有關(guān)，是通過CPU控制數(shù)控裝置的I/0接口實(shí)現(xiàn);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;T功能與刀具的選擇和補(bǔ)償有關(guān)。4.3.1 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;二是刀具位里補(bǔ)償.在PLC上實(shí)現(xiàn)的是第1部分功能:刀具選擇。換刀過程如下:運(yùn)行數(shù)控程序，發(fā)出某個(gè)刀具號的換刀指令，對應(yīng)的數(shù)控裝里I/0口變?yōu)樯屉娖剑筆LC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)。4.3.2 M功能代碼實(shí)現(xiàn)方法ISO數(shù)控加工代碼標(biāo)準(zhǔn)中輔助功能很多，對于不同的數(shù)控機(jī)床，所能實(shí)現(xiàn)的輔助功能也不盡相同，但是各種數(shù)控機(jī)床都具有一些荃本的輔助功能，如M00程序停止)，M03(主軸正轉(zhuǎn))，M05(主軸停止)等，M功能的一部分是由數(shù)控系統(tǒng)本身的硬件和軟件實(shí)現(xiàn)，還有一部分需要數(shù)控裝2與PLC相結(jié)合來完成，如主軸的正轉(zhuǎn)與停止功能，M功能的實(shí)現(xiàn)與T功能的實(shí)現(xiàn)方法類似，同樣是數(shù)控裝21/0接口發(fā)出指令，由PLC輸入端狀態(tài)和PLC內(nèi)部ROM中的梯形圖程序決定PLC愉出端的狀態(tài).進(jìn)而完成M功能，4.4 P LC程序的模塊化設(shè)計(jì)4.4.1模塊的劃分一個(gè)應(yīng)用程序包括一套在PLCTOOL編程工具下產(chǎn)生的模塊。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。將PLC程序劃分為5個(gè)模塊，即公共信號模塊、荃本控制模塊、刀架模塊、主軸模塊、報(bào)警模塊。(1)公共信號模塊:主要處理PLC與NC之間的接口信號。(2)荃本控制模塊:主要用來處理緊急停止、潤滑、冷卻、方式選擇、手動(dòng)進(jìn)給、程序啟停等信號。(3)刀架模塊:用于對轉(zhuǎn)塔刀架的選刀、定位等過程進(jìn)行邏輯控制。(4)主制模塊:對主軸正反轉(zhuǎn)、主軸定向、主軸變速等動(dòng)作過程進(jìn)行控制。模塊中包括伺服主軸和變頻主軸兩種控制邏輯，可通過修改PLC參數(shù)進(jìn)行切換。(5)報(bào)等模塊:對機(jī)床故陳誤操作等狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測并觸發(fā)相應(yīng)的報(bào)譽(yù)文本信息同時(shí)產(chǎn)生各種安全互鎖信號，防止對機(jī)床或人身造成傷害。以上5個(gè)模塊的功能可通過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)對機(jī)床的各種控制。程序結(jié)構(gòu)如表4-1：表41程序結(jié)構(gòu)如表 名稱文件名任務(wù)模塊主程序MAIN.XIA%TSO初始化INIT.XLA%INI子程序急停JITING.XLA%SP1冷卻LENGQUE.XLA%SP2導(dǎo)軌潤滑DGRUNHUA.XLA%SP4主軸SPINDLE.XLA%SP6伺服SERVO.XLA%SP8刀架DAOJIA.XLA%SP10手動(dòng)J.XLA%SP14方式MODE.XLA%SP16M01功能M01.XLA%SP18跳步SKIP.XLA%SP20軸記憶ZJIYI.XLA%SP24報(bào)警ALARM.XLA%SP264.4.2模塊的構(gòu)成每個(gè)模塊都分為輸入部分、主體邏輯部分和輸出部分，輸入部分將輸入信號的物理地址轉(zhuǎn)化為PLC的中可邏輯地址，以保持主體邏輯部分相對于翰入地址的獨(dú)立性，主體邏輯部分是模塊的主要構(gòu)成部分，完成控制過程的邏輯和算術(shù)運(yùn)算。并將運(yùn)算結(jié)果暫存于中間邏輯地址。輸出部分有兩個(gè)作用:一是將主體邏輯部分的運(yùn)算結(jié)果傳送給輸出信號的物理地址，實(shí)現(xiàn)機(jī)床各功能部件的動(dòng)作，并保持主體邏輯部分相對于輸出地址的獨(dú)立性;二是向其它模塊提供接口信號，以實(shí)現(xiàn)各種順序或連鎖控制功能。4.5變量說明交換規(guī)則 :自動(dòng)控制功能和NC功能之間的交換是通過一個(gè)雙方功能指令都能存取的存儲器空間作為數(shù)據(jù)交換區(qū)來實(shí)現(xiàn)的。數(shù)據(jù)的交換不需要經(jīng)過輸入輸出卡，而是山自動(dòng)控制功能直接進(jìn)行的。這里所說的輸入和輸出是相對于自動(dòng)控制功能定義的，輸入是由自動(dòng)控制功能讀的一個(gè)變t，而輸出是由自動(dòng)控制功能寫的一個(gè)變量。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。本次設(shè)計(jì)所編制的梯形圖程序所用變量有內(nèi)部變量、端子板輸入輸出變量、CNC接口變量。詳細(xì)如表4-2:表42輸入/輸出(I/O)卡接口變量 輸入點(diǎn)變量說明變量說明%I500.1+X限位%I501.4四號刀位%I500.2-X限位%I501.5刀架正位%I500.3+Z限位%I502.0主軸電源無故障%I500.4-Z限位%I502.1主軸伺服準(zhǔn)備好%I500.5X參考-15%I502.2主軸轉(zhuǎn)速過低%I500.6Z參考點(diǎn)%I502.3伺服電源準(zhǔn)備好%I500.7C參考點(diǎn)%I502.4X軸模塊準(zhǔn)備好%I501.0急停%I502.5Z軸模塊準(zhǔn)備好%I501.1一號刀位%I502.6PLC無故障%I501.2二號刀位%I502.7低泊位%I501.3三號刀位%I503.0一般故障輸出點(diǎn)變量說明變量說明%Q500.0PLC準(zhǔn)備好%Q501.2主軸伺服電源%Q500.1C軸參考點(diǎn)%Q501.3伺服電源%Q500.2X軸使能%Q501.4主軸風(fēng)扇%Q500.3Z和！1使能%Q501.5潤滑電機(jī)%Q500.4CNC故障%Q501.6冷卻%Q500.5一般故障%Q501.7手動(dòng)潤滑%Q500.6主軸報(bào)警%Q502.0刀架正轉(zhuǎn)%Q500.7伺服報(bào)警%Q502.1刀架反轉(zhuǎn)%Q501.0限位報(bào)警%Q502.2主軸電源使能%Q501.1低泊位顯示 NC輸入/輸出變量變量記憶符說明%R2.6E-SLASH程序段跳過使能%R3.0E-RAZCNC復(fù)位在進(jìn)行中%R3.1E-ARUS循環(huán)停止%R3.2E-CYCLE循環(huán)在進(jìn)行中%R3.3E-RAX軸運(yùn)動(dòng)恢復(fù)%R3.4E-DGURG緊急返回%R5.0E-CNPRETCNC準(zhǔn)備好%R15.BE-INCJOG*08手輪進(jìn)給%R16.BMODCOUR=0自動(dòng)1單段2輸入3空運(yùn)行6試驗(yàn)7手動(dòng)方式%W3.1C-ARUS加工停請求%W3.2C-CYCLE發(fā)出循環(huán)脈沖%W3.3C-RAX軸恢復(fù)選擇%W3.4C-DGURG緊急返回請求%W3.6C-SLASH程序段跳過使能%W3.7C-M01選擇停使能%W4.0AUTAV允許在所有軸組上進(jìn)給%W4.3NARFIB程序結(jié)束時(shí)不停止運(yùn)行%W5.1MODEPUP操作方式選擇%W14.BMODEDEM=0自動(dòng)1單段2輸入3空運(yùn)行6試驗(yàn)7手動(dòng)方式 4.6梯形圖程序?qū)嵗?.6.1 主程序TSO-模塊1主程序主要完成一組進(jìn)給授權(quán)、一組使能、選擇軸、讀入進(jìn)給倍率及主軸倍率、從CNC中讀出主軸參考速度等系統(tǒng)初始化工作，然后調(diào)用子程序，實(shí)現(xiàn)對機(jī)床的各種控制。4.6.2程序啟停子程序SP12-模塊2圖4-1 程序起?？刂铺菪螆D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)燈沒亮，且循環(huán)在進(jìn)行時(shí)，CYCLE START燈亮。當(dāng)按下CYCLE STOP鍵，且三軸(X,Z ,C )使能都加上時(shí)，則發(fā)出加工停請求，CARVS=1;當(dāng)循環(huán)停顯示，則循環(huán)停止。4.6.3自動(dòng)換刀控制程序SP10-模塊3刀架有刀架電機(jī)驅(qū)動(dòng)，刀具盤上有4個(gè)均勻分布的刀具位，程序完成對刀架正(圖4-2)、反轉(zhuǎn)及換刀(圖4-3)等控制。圖4-2 刀架正轉(zhuǎn)梯形圖圖4-3 換刀梯形圖4.6.4報(bào)譽(yù)控制程序SP24-模塊4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4-4)。圖4-4 CNC狀態(tài)報(bào)警梯形圖4.6.5主軸控制程序SP6-模塊5主軸控制主要包括對主軸正反轉(zhuǎn)、主軸風(fēng)扇、主軸使能等的控制(圖4-5)。圖4-5 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 5.1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)間并能簡化傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)等因素綜合來選擇、設(shè)計(jì)。變速系統(tǒng)的類型主要有三種：5.1.1無級變速傳動(dòng)系統(tǒng) 無級變速傳動(dòng)系統(tǒng)是指執(zhí)行件的轉(zhuǎn)速（或速度）在一定的范圍內(nèi)連續(xù)地變化，這樣可以使執(zhí)行件獲得最有利的速度，能在系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)中變速，也便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等。機(jī)械系統(tǒng)中常用的無級變速裝置有以下三種。 （1）機(jī)械無級變速器 機(jī)械無級變速器有鋼球式（科普型）、寬帶式等多種結(jié)構(gòu)，它們是依靠摩擦力來傳遞轉(zhuǎn)矩，通過連續(xù)地改變摩擦傳動(dòng)副的工作半徑來實(shí)現(xiàn)無級變速。由于其結(jié)構(gòu)簡單、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。但由于摩擦副的彈性滑動(dòng)，存在轉(zhuǎn)速損失，故不能用于調(diào)速精度高的場合。另外，它的變速范圍小，通常變速范圍Rb為46，