一種新型數(shù)控系統(tǒng)的研制與開發(fā)

    隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、材料技術(shù)和信息控制技術(shù)的飛速發(fā)展,我國(guó)數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)也從低水平經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)走向高功能數(shù)控系統(tǒng)研發(fā)。其發(fā)展趨勢(shì)為高可靠性、高柔性化、高加工精度、復(fù)合化和制造系統(tǒng)自動(dòng)化等。     

    本項(xiàng)目致力研究基于數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)的軟件及相關(guān)硬件。針對(duì)高精度內(nèi)圓磨床的數(shù)控問(wèn)題,采用帶有定位、模擬量控制、遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)控制功能的PLC 產(chǎn)品為控制核心,積木式地加上定位、模擬量、網(wǎng)絡(luò)等模塊,利用人機(jī)界面通過(guò)CNC 軟件開發(fā)實(shí)現(xiàn)磨床的數(shù)控功能。該技術(shù)途徑的內(nèi)部變量、核心軟件及CNC觸摸屏操作界面均由自己定義,開發(fā)難度較高,但擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán),可直接實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制,適合制造業(yè)的柔性化發(fā)展方向;從成本上核算,降低了數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)成本。因此,目前的方案是一種可持續(xù)開發(fā)的、具有創(chuàng)新性的CNC 系統(tǒng)軟件構(gòu)建開發(fā)方案。項(xiàng)目實(shí)施后,對(duì)數(shù)控機(jī)床的控制方案增加了選項(xiàng)。

    1.控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

    本磨床是用于磨削高圓度內(nèi)圓的半自動(dòng)精密磨床,適用于各類元件的批量加工,根據(jù)加工要求,本機(jī)床有3 種工作狀態(tài):調(diào)整狀態(tài)、半自動(dòng)狀態(tài)和參數(shù)整定狀態(tài)。本系統(tǒng)主要采用可編程控制器( PLC) 和觸摸屏2 級(jí)控制的結(jié)構(gòu), PLC 負(fù)責(zé)按鈕和其他開關(guān)量信號(hào)的輸入以及發(fā)出信號(hào)去控制接觸器、繼電器和變頻器等電氣元件,進(jìn)而控制各電機(jī)的運(yùn)行。同時(shí)控制相應(yīng)指示燈的顯示。觸摸屏用來(lái)進(jìn)行參數(shù)的修改與設(shè)定、自動(dòng)控制、在線監(jiān)視和傳送信息等工作。PC 機(jī)(觸摸屏) 通過(guò)串行口與PLC 相連,進(jìn)行相互通信,所以觸摸屏是通過(guò)發(fā)出命令去控制PLC的運(yùn)行,以達(dá)到進(jìn)行半自動(dòng)控制的目的。

    本機(jī)床共有13 臺(tái)電動(dòng)機(jī)和1 臺(tái)變頻器來(lái)驅(qū)動(dòng)有關(guān)部件。包括主軸冷卻電動(dòng)機(jī)、磁性分離電動(dòng)機(jī)、工件冷卻電動(dòng)機(jī)、液油泵電動(dòng)機(jī)、動(dòng)靜壓油泵電動(dòng)機(jī)、油霧分離電動(dòng)機(jī)、動(dòng)靜壓油泵循環(huán)電動(dòng)機(jī)、砂輪主軸電動(dòng)機(jī)、工件軸電動(dòng)機(jī)、砂輪往復(fù)電動(dòng)機(jī)、液壓油冷卻電動(dòng)機(jī)、動(dòng)靜壓油冷卻電動(dòng)機(jī)、砂輪修整器電動(dòng)機(jī)和變頻器。

    在這些電機(jī)中,砂輪主軸電動(dòng)機(jī)采用中頻變頻器進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速;進(jìn)給分為砂輪軸(軸向) 進(jìn)給和車頭軸(徑向) 進(jìn)給,其中車頭(徑向) 進(jìn)給軸X 采用伺服控制。X 軸進(jìn)給要求:移動(dòng)距離70 mm ,位置控制精度0. 003 mm , 電動(dòng)機(jī)絲杠直聯(lián), 絲杠螺距5 mm。要求采用中慣量電動(dòng)機(jī),功率400 W。液壓油冷卻電動(dòng)機(jī),動(dòng)靜壓油冷卻電動(dòng)機(jī),砂輪修整器電動(dòng)機(jī)為直流電動(dòng)機(jī)。其中砂輪的往復(fù)運(yùn)動(dòng)由它激式直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),通過(guò)可控硅完成調(diào)速。

    機(jī)床有關(guān)部件的直線(回轉(zhuǎn)) 運(yùn)動(dòng)由液壓系統(tǒng)完成,共由10 個(gè)電磁閥組成。為了保證可編程控制器的可靠性,在可編程控制器的輸出端與執(zhí)行元件之間增加了接口電路。

    控制系統(tǒng)如圖1 所示。控制模塊使用FX2N 系列,PLC 為控制主機(jī),以三菱970GOT 觸摸屏為人機(jī)界面,選擇伺服定位單元型號(hào)為FX2N210GM ,X軸伺服驅(qū)動(dòng)器型號(hào)為MR2J 2S260A ,伺服電動(dòng)機(jī)型號(hào)為三菱中慣量HC2SFS252 ,編碼器分辨率為131072 脈沖/ 轉(zhuǎn),其它部件不再累述。