一種新型數控系統的研制與開發

    隨著電子技術、計算機技術、材料技術和信息控制技術的飛速發展,我國數控系統的開發也從低水平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、復合化和制造系統自動化等。     

    本項目致力研究基于數控機床控制系統的軟件及相關硬件。針對高精度內圓磨床的數控問題,采用帶有定位、模擬量控制、遠程網絡控制功能的PLC 產品為控制核心,積木式地加上定位、模擬量、網絡等模塊,利用人機界面通過CNC 軟件開發實現磨床的數控功能。該技術途徑的內部變量、核心軟件及CNC觸摸屏操作界面均由自己定義,開發難度較高,但擁有自主知識產權,可直接實現網絡控制,適合制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 系統軟件構建開發方案。項目實施后,對數控機床的控制方案增加了選項。

    1.控制系統設計

    本磨床是用于磨削高圓度內圓的半自動精密磨床,適用于各類元件的批量加工,根據加工要求,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。本系統主要采用可編程控制器( PLC) 和觸摸屏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。觸摸屏用來進行參數的修改與設定、自動控制、在線監視和傳送信息等工作。PC 機(觸摸屏) 通過串行口與PLC 相連,進行相互通信,所以觸摸屏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 臺電動機和1 臺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、動靜壓油泵循環電動機、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,砂輪主軸電動機采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 采用伺服控制。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。要求采用中慣量電動機,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,通過可控硅完成調速。

    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。為了保證可編程控制器的可靠性,在可編程控制器的輸出端與執行元件之間增加了接口電路。

    控制系統如圖1 所示。控制模塊使用FX2N 系列,PLC 為控制主機,以三菱970GOT 觸摸屏為人機界面,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 ,編碼器分辨率為131072 脈沖/ 轉,其它部件不再累述。