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1、一種新型數控系統的研製與開發newmaker 我國開發高功能數控系統主要是採用標準數控系統產品，開發時只需要編寫PMC 軟體，完成邏輯控制，驅動伺服軸實現進給準確定位即可，可選數控系統有FANUC、西門子等系統，該方案的優點是CNC 核心軟體及操作介面已由數控系統開發商完成，研製難度較低，缺點是數控內核對使用者是保密的，沒有自主智慧財產權，成本較高。 隨著電子技術、電腦技術、材料技術和資訊控制技術的飛速發展，我國數控系統的開發也從低水準經濟型數控系統走向高功能數控系統研發。其發展趨勢為高可靠性、高柔性化、高加工精度、複合化和製造系統自動化等。 本專案致力研究基於數控機床控制系統的軟體及相關硬體
2、。針對高精度內圓磨床的數控問題，採用帶有定位、類比量控制、遠端網路控制功能的PLC 產品為控制核心，積木式地加上定位、類比量、網路等模組，利用人機界面通過CNC 軟體發展實現磨床的數控功能。該技術途徑的內部變數、核心軟體及CNC觸控式螢幕操作介面均由自己定義，開發難度較高，但擁有自主智慧財產權，可直接實現網路控制，適合製造業的柔性化發展方向；從成本上核算，降低了數控機床生產成本。因此，目前的方案是一種可持續開發的、具有創新性的CNC 系統軟體構建開發方案。專案實施後，對數控機床的控制方案增加了選項。 1、控制系統設計 本磨床是 用於磨削高圓度內圓的半自動精密磨床，適用於各類元件的批量加工，根據
3、加工要求，本機床有3 種工作狀態：調整狀態、半自動狀態和參數整定狀態。本系統主要採用可程式設計控制器( PLC) 和觸控式螢幕2 級控制的結構， PLC 負責按鈕和其他開關量信號的輸入以及發出信號去控制接觸器、繼電器和變頻器等電氣元件，進而控制各電機的運行。同時控制相應指示燈的顯示。觸控式螢幕用來進行 參數的修改與設定、自動控制、線上監視和傳送資訊等工作。PC 機(觸控式螢幕) 通過串列口與PLC 相連，進行相互通信，所以觸控式螢幕是通過發出命令去控制PLC的運行，以達到進行半自動控制的目的。 本機床共有13 台電動機和1 台變頻器來驅動有關部件。包括主軸冷卻電動機、磁性分離電動機、工件冷卻電
4、動機、液油泵電動機、動靜壓油泵電動機、油霧分離電動機、動靜壓油泵迴圈電動 機、砂輪主軸電動機、工件軸電動機、砂輪往復電動機、液壓油冷卻電動機、動靜壓油冷卻電動機、砂輪修整器電動機和變頻器。 在這些電機中，砂輪主軸電動機採用中頻變頻器進行無級調速；進給分為砂輪軸(軸向) 進給和車頭軸(徑向) 進給，其中車頭(徑向) 進給軸X 採用伺服控制。X 軸進給要求：移動距離70 mm ，位置控制精度0. 003 mm ， 電動機絲杠直聯， 絲杠螺距5 mm。要求採用中慣量電動機，功率400 W。液壓油冷卻電動機，動靜壓油冷卻電動機，砂輪修整器電動機為直流電動機。其中砂輪的往復運動由它激式直流電動機驅動，通
5、過可控矽完成調速。 機床有關部件的直線(回轉) 運動由液壓系統完成，共由10 個電磁閥組成。為了保證可程式設計控制器的可靠性，在可程式設計控制器的輸出端與執行元件之間增加了介面電路。 控制系統如圖1 所示。控制模組使用FX2N 系列，PLC 為控制主機，以三菱970GOT 觸控式螢幕為人機界面，選擇伺服定位單元型號為FX2N210GM ，X軸伺服驅動器型號為MR2J 2S260A ，伺服電動機型號為三菱中慣量HC2SFS252 ，編碼器解析度為131072 脈衝/ 轉，其它部件不再累述。圖1 控制系統2、系統軟體發展 精密內圓磨床控制系統的軟體設計分3 部分：內部變數的合理規劃、人機界面畫面設
6、計和PLC 程式設計和伺服進給程式設計，由於篇幅所限，給出PLC和伺服程式設計流程， 如圖2所示。圖中系統上電，指電源總開關；強電開啟是為了安全起見，設置的強電總開關，只有此開關閉合，整個系統才能正常工作；工作方式後面將敘述；為了 保證機床動作的可靠性，本系統採用了邏輯控制與輸出驅動分步進行的方法；系統初始化包括PLC 和定位參數的初始化。圖2 PLC 和伺服程式設計流程3、數控操作介面設計 數控操作面板應該具備介面友好、操作方便、自診斷功能強和適合磨床的工藝特點。精密數控內圓磨床有動作調整、磨削迴圈、砂輪單次修整迴圈、砂輪多 次修整迴圈和新砂輪修整迴圈共5 種工作方式，這些工作狀態必須在總啟
7、動以後才能執行，機床的每一步動作都有一定的連鎖條件，只有在這些條件滿足時，該動作才能被執行，為了使操作者方便操 作機床，在人機界面上設計了多種指示資訊和必要的提示。觸控式螢幕的主控制介面設計主要提供進入這5 種工作方式或進入參數設置的操作入口，為了增強自診斷能力，在操作入口的介面上按鍵右側設置了若干操作或故障提示資訊，但它們是在符合條件的情況下才出現 的，平時則處於消隱狀態。 在精密內圓磨床的4 種自動迴圈中，“磨削迴圈”是最典型的自動迴圈。本設計以磨削迴圈為例介紹其控制功能，其餘控制功能相應的設計思路與此類似。 磨削迴圈控制功能如下：在符合多重串並聯磨削迴圈條件時，按下外部迴圈開始按紐，自動
8、迴圈開始：首先進給系統自動回到電氣零位元按工作條件逐步 啟動縱滑板前進電磁閥、主軸電動機、冷卻電動機、往復電動機進給系統按預置進給到磨削起始位按進給預置次數及進給量、進給速度要求完成進給過程 進給系統回復原位按動作順序及條件逐步停止縱滑板前進電磁閥、冷卻電動機、主軸電動機和往復電動機，並進行往復刹車結束迴圈。 圍繞上述控制功能要求，設計出自動磨削迴圈控制介面。在磨削迴圈進行過程中，在觸控式螢幕上可以監控迴圈條件、迴圈進程、動作狀態、X 軸當前位置、進給量和進給速度。當不滿足迴圈條件啟動時，自動磨削環控制介面左上方會提示“迴圈條件不滿足”；而在迴圈進行中，畫面上會出現“迴圈中斷” 按紐，以便操作人員隨時中斷該迴圈。 4、結語 目前該方案已實施，完成了介面友好的數控磨床操作與顯示畫面，控制了邏輯符合數控磨床的加工過程動作要求，優化了修整砂輪工藝要求的進給曲線，滿 足了工藝要求的準確定位。加工精度符合要求。實踐證明，本設計是一種可持續開發的、具有創新性的CNC 系統軟體構建開發方案。項目實施以後，對數控機床的控制方案增加了選項，降低了數控機床生產成本。
