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車床的數(shù)控化改造 【摘要】數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機(jī)床在當(dāng)今機(jī)械制造業(yè)中的重要地位和巨大效益，顯示了其在國(guó)家基礎(chǔ)工業(yè)現(xiàn)代化中的戰(zhàn)略性作用，并已成為傳統(tǒng)機(jī)械制造工業(yè)提升改造和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、柔性化、集成化生產(chǎn)的重要手段和標(biāo)志。數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機(jī)床的廣泛應(yīng)用，給機(jī)械制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品種類和檔次以及生產(chǎn)方式帶來(lái)了革命性的變化。數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)代加工車間最重要的裝備。它的發(fā)展是信息技術(shù)(1T)與制造技術(shù)(MT)結(jié)合發(fā)展的結(jié)果?，F(xiàn)代的CAD/CAM、FMS、CIMS、敏捷制造和智能制造技術(shù)，都是建立在數(shù)控技術(shù)之上的。掌握現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)知識(shí)是現(xiàn)代機(jī)電類專業(yè)學(xué)生必不可少的。 目錄 一.數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和發(fā)展 1.1數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和發(fā)展 數(shù)控機(jī)床(Numerical Control Machine Tools)是用數(shù)字代碼形式的信息(程序指令)，控制刀具按給定的工作程序、運(yùn)動(dòng)速度和軌跡進(jìn)行自動(dòng)加工的機(jī)床，簡(jiǎn)稱數(shù)控機(jī)床。數(shù)控機(jī)床是在機(jī)械制造技術(shù)和控制技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，其過(guò)程大致如下： 1948年，美國(guó)帕森斯公司接受美國(guó)空軍委托，研制直升飛機(jī)螺旋槳葉片輪廓檢驗(yàn)用樣板的加工設(shè)備。由于樣板形狀復(fù)雜多樣，精度要求高，一般加工設(shè)備難以適應(yīng)，于是提出采用數(shù)字脈沖控制機(jī)床的設(shè)想。 1949年，該公司與美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)開始共同研究，并于1952年試制成功第一臺(tái)三坐標(biāo)數(shù)控銑床，當(dāng)時(shí)的數(shù)控裝置采用電子管元件。1959年，數(shù)控裝置采用了晶體管元件和印刷電路板，出現(xiàn)帶自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)床，稱為加工中心( MC Machining Center)，使數(shù)控裝置進(jìn)入了第二代。1965年，出現(xiàn)了第三代的集成電路數(shù)控裝置，不僅體積小，功率消耗少，且可靠性提高，價(jià)格進(jìn)一步下降，促進(jìn)了數(shù)控機(jī)床品種和產(chǎn)量的發(fā)展。 60年代末，先后出現(xiàn)了由一臺(tái)計(jì)算機(jī)直接控制多臺(tái)機(jī)床的直接數(shù)控系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱 DNC)，又稱群控系統(tǒng)；采用小型計(jì)算機(jī)控制的計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱 CNC)，使數(shù)控裝置進(jìn)入了以小型計(jì)算機(jī)化為特征的第四代。 1974年，研制成功使用微處理器和半導(dǎo)體存貯器的微型計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置(簡(jiǎn)稱 MNC)，這是第五代數(shù)控系統(tǒng)。 20世紀(jì)80年代初，隨著計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了能進(jìn)行人機(jī)對(duì)話式自動(dòng)編制程序的數(shù)控裝置；數(shù)控裝置愈趨小型化，可以直接安裝在機(jī)床上；數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化程度進(jìn)一步提高，具有自動(dòng)監(jiān)控刀具破損和自動(dòng)檢測(cè)工件等功能。 20世紀(jì)90年代后期，出現(xiàn)了PC+CNC智能數(shù)控系統(tǒng)，即以PC機(jī)為控制系統(tǒng)的硬件部分，在PC機(jī)上安裝NC軟件系統(tǒng)，此種方式系統(tǒng)維護(hù)方便，易于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化制造。 1.2數(shù)控機(jī)床加工的特點(diǎn) (1) 自動(dòng)化程度高，具有很高的生產(chǎn)效率。除手工裝夾毛坯外，其余全部加工過(guò)程都可由數(shù)控機(jī)床自動(dòng)完成。若配合自動(dòng)裝卸手段，則是無(wú)人控制工廠的基本組成環(huán)節(jié)。數(shù)控加工減輕了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了勞動(dòng)條件；省去了劃線、多次裝夾定位、檢測(cè)等工序及其輔助操作，有效地提高了生產(chǎn)效率。 (2) 對(duì)加工對(duì)象的適應(yīng)性強(qiáng)。改變加工對(duì)象時(shí)，除了更換刀具和解決毛坯裝夾方式外，只需重新編程即可，不需要作其他任何復(fù)雜的調(diào)整，從而縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。 (3) 加工精度高，質(zhì)量穩(wěn)定。加工尺寸精度在0.005～0.01 mm之間，不受零件復(fù)雜程度的影響。由于大部分操作都由機(jī)器自動(dòng)完成，因而消除了人為誤差，提高了批量零件尺寸的一致性，同時(shí)精密控制的機(jī)床上還采用了位置檢測(cè)裝置，更加提高了數(shù)控加工的精度。 (4) 易于建立與計(jì)算機(jī)間的通信聯(lián)絡(luò)，容易實(shí)現(xiàn)群控。由于機(jī)床采用數(shù)字信息控制，易于與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)連接，形成CAD/CAM一體化系統(tǒng)，并且可以建立各機(jī)床間的聯(lián)系，容易實(shí)現(xiàn)群控。 1.3數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì) 現(xiàn)代數(shù)控加工正在向高速化、高精度化、高柔性化、高度的光機(jī)電算液壓一體化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化等方向發(fā)展。 A.切削速度高速化 受高生產(chǎn)率的驅(qū)使，高速化已是現(xiàn)代機(jī)床技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。高速切削可通過(guò)高速運(yùn)算技術(shù)、快速插補(bǔ)運(yùn)算技術(shù)、超高速通信技術(shù)和高速主軸等技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 B.高精度控制 提高機(jī)床的加工精度，一般是通過(guò)減少數(shù)控系統(tǒng)誤差，提高數(shù)控機(jī)床基礎(chǔ)大件結(jié)構(gòu)特性和熱穩(wěn)定性，采用補(bǔ)償技術(shù)和輔助措施來(lái)達(dá)到的。目前精整加工精度已提高到0.1 μm，并進(jìn)入了亞微米級(jí)，不久超精度加工將進(jìn)入納米時(shí)代。 C高柔性化 柔性是指機(jī)床適應(yīng)加工對(duì)象變化的能力。目前，在進(jìn)一步提高單機(jī)柔性自動(dòng)化加工的同時(shí)，正努力向單元柔性和系統(tǒng)柔性化發(fā)展。 D.高度的光、機(jī)、電、算、液和聲能等一體化 數(shù)控系統(tǒng)與加工過(guò)程作為一個(gè)整體，實(shí)現(xiàn)機(jī)電光聲綜合控制，測(cè)量造型、加工一體化，加工、實(shí)時(shí)檢測(cè)與修正一體化，機(jī)床主機(jī)設(shè)計(jì)與數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)一體化。 E網(wǎng)絡(luò)化 實(shí)現(xiàn)多種通訊協(xié)議，既滿足單機(jī)需要，又能滿足FMS(柔性制造系統(tǒng))、CIMS(計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng))對(duì)基層設(shè)備的要求。配置網(wǎng)絡(luò)接口，通過(guò)Internet可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制加工，進(jìn)行遠(yuǎn)程檢測(cè)和診斷，使維修變得簡(jiǎn)單。 F 智能化 現(xiàn)代的CNC系統(tǒng)將是一個(gè)高度智能化的系統(tǒng)。具體是指系統(tǒng)應(yīng)在局部或全部實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的自適應(yīng)、自診斷和自調(diào)整；多媒體人機(jī)接口使用戶操作簡(jiǎn)單，智能編程使編程更加直觀，可使用自然語(yǔ)言編程；加工數(shù)據(jù)的自生成及智能數(shù)據(jù)庫(kù)；智能監(jiān)控；采用專家系統(tǒng)以降低對(duì)操作者的要求等。 1.4機(jī)床數(shù)控化改造的必要性 我國(guó)目前機(jī)床總量380余萬(wàn)臺(tái)，而其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有11.34萬(wàn)臺(tái)，即我國(guó)機(jī)床數(shù)控化率不到3%。近10年來(lái)，我國(guó)數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量約為0.6～0.8萬(wàn)臺(tái)，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(guó)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(guó)和日本自動(dòng)和半自動(dòng)機(jī)床占60%以上）?？梢?jiàn)我們的大多數(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(lái)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(zhǎng)，從而在國(guó)際、國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，直接影響一個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品、市場(chǎng)、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(guò)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(jiàn)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(jí)為數(shù)控機(jī)床，可以為企業(yè)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。 二. 機(jī)床數(shù)控技術(shù)的基本概念 2.1概述 數(shù)控技術(shù)，簡(jiǎn)稱數(shù)控(NumericalControl)。它是利用數(shù)字化的信息對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)及加工過(guò)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(shuō)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(duì)機(jī)床的控制，需要用幾何信息描述刀具和工件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)以及用工藝信息來(lái)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(guò)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。 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(guò)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(cè)規(guī)定的代碼和程序格式編寫零件加工程序。對(duì)于比較簡(jiǎn)單的零件，通常采用手工編程；對(duì)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(yǔ)法規(guī)則將信息解釋成計(jì)算機(jī)能夠識(shí)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(duì)于工件作出符合零件輪廓軌跡的相對(duì)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(duì)于工件按規(guī)定的軌跡和速度進(jìn)行加工 2.3數(shù)控機(jī)床的組成和分類 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(cè)量反饋裝置和機(jī)床本體組成，： (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(chǔ)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(lái)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(lái)說(shuō)，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(hào)。 (4)測(cè)量反饋裝置 該裝置由測(cè)量部件和響應(yīng)的測(cè)量電路組成，其作用是檢測(cè)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。 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(cè)裝置，數(shù)控裝置將零件程序處理后，輸出數(shù)字信號(hào)給伺服系統(tǒng).驅(qū)動(dòng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)。指令信號(hào)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(cè)裝置。它隨時(shí)接受在工作臺(tái)端測(cè)得的實(shí)際位置反饋信號(hào)，將其與數(shù)控裝置發(fā)來(lái)的指令位置信號(hào)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(tái)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(tái)慣量大，給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)整帶來(lái)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(cè)反饋信號(hào)不是來(lái)自工作臺(tái)。而是來(lái)自電動(dòng)機(jī)端或絲杠端連接的測(cè)量元件。 2.4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。 三. 車床的總體改造和設(shè)計(jì) 3.1 CA6140車床改造的總休方案 數(shù)控系統(tǒng)的總體框架 (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(hào)對(duì)運(yùn)動(dòng)控制卡的信號(hào)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(lái)，拆除原來(lái)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。 3.2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(méi)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(lái)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(lái)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。 3.3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(duì)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(guò)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。 3.4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(cè)量基準(zhǔn)。 (6)改造后的機(jī)床外型將類似于國(guó)產(chǎn)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床，整體較美觀、大方。 四. 機(jī)床的電氣改造 4.1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(chǎng)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(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)。數(shù)控機(jī)床應(yīng)能長(zhǎng)期連續(xù)加工，其數(shù)控系統(tǒng)必須能夠長(zhǎng)期無(wú)故降連續(xù)運(yùn)行。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。 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(chǎng)地的室溫為0-45℃，相對(duì)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(duì)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(guó)市場(chǎng)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(guò)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(guò)在國(guó)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(guò)壓、過(guò)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(hào)的傳送使用光纜，使信號(hào)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(duì)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(guó)各地己銷售10余萬(wàn)臺(tái)。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。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?、存儲(chǔ)器板、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(lái)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(chǔ)器板 該板上有：①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；②伺服控制軟件ROM I片；③PMC-L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)。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(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)。 (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(hào)(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(yáng)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(guò)陽(yáng)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(duì)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(guò)光纖進(jìn)行連接，簡(jiǎn)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(guò)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(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)。 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(guò)E參數(shù)來(lái)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(méi)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(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))。 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：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。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(jiǎn)捷。 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。②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(guò)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(cè)量工作臺(tái)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(hào)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(chǔ)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(cè)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(guò)程的監(jiān)測(cè)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(zhǎng)，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(zhǎng)程序的存儲(chǔ)問(wèn)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(duì)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:①計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)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。②計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)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(zhǎng)可達(dá)100m(無(wú)調(diào)制解調(diào)器時(shí))。 (3)DNC2:它可使8臺(tái)CNC機(jī)床與主計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程相連，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)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L(zhǎng)VS2，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(yǔ)言用C。為方便用戶，可提供宏指令庫(kù)。 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(tái)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(wú)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(hào)。根據(jù)報(bào)警號(hào)可由說(shuō)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(hào)。GSK980TD系統(tǒng)對(duì)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(hào)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(hào)的工作。CRT還有診斷畫面，通過(guò)該畫面，根據(jù)信號(hào)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: ①Cs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。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。③PMC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。④主軸雙刀架。⑤0.1um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1/10.⑥加工程序的后臺(tái)編輯:自動(dòng)切削過(guò)程中可以編輯新的程序。⑦菜單編程。⑧圖形會(huì)話在線自動(dòng)編程:有多種形式，最新的是符號(hào)指令形式，易學(xué)，易操作。有工藝參數(shù)語(yǔ)句。⑨用戶宏程序:一種參量編程軟件包，用來(lái)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(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。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(rùn)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(duì)C軸的反饋精度要求。 4.2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(lái)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(hào)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(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)主軸轉(zhuǎn)速的檢測(cè)，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(hào)主要用于X、Z方向是否超程的檢測(cè)，刀架的位置檢測(cè)，坐標(biāo)原點(diǎn)位置檢測(cè)等。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)。這樣對(duì)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(guò)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。 4.3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(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。 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。 控制參數(shù) :PID調(diào)節(jié)參數(shù)，行程極限，速度極限。 控制字 : 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(cè)位置，實(shí)測(cè)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(cè)主軸轉(zhuǎn)速值。 運(yùn)動(dòng)邏輯狀態(tài):刀具到位識(shí)別，氣動(dòng)卡盤夾緊，主軸超速，機(jī)床原點(diǎn)，越位限制等。 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。 五. 可編程控制器PLC的控制及設(shè)計(jì) 5.1PLC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(hào)、模擬信號(hào)、傳感器檢測(cè)的各種信號(hào)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(duì)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(hào)，這些信號(hào)來(lái)自操作臺(tái)上的人工指令。 (2)控制部分Z反復(fù)執(zhí)行根據(jù)被控對(duì)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(hào)。 (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。 4.1.2 PLC工作過(guò)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(hào))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(guò)程中，即使輸入信號(hào)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。 5.2PLC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);另一類是低速信號(hào)，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(hào)的控制對(duì)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(shì)。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。 可編程控制器與CNC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。CNC機(jī)床的被控對(duì)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(hào)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(hào)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(rùn)滑電機(jī)勢(shì)。由于流過(guò)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(guò)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(cè)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(hào)，數(shù)控裝登根據(jù)輸入信號(hào)的性質(zhì)做出相應(yīng)的控制。