0 引言

　　現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中。產(chǎn)品零件的復(fù)雜性和精度要求迅速提高，對(duì)機(jī)床的精度要求也越來越高，傳統(tǒng)的普通機(jī)床已經(jīng)越來越難以適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求，而數(shù)控機(jī)床因具有高精度、高效率、可以完成復(fù)雜型面加工的特點(diǎn)，越來越多地出現(xiàn)在制造行業(yè)。目前，國內(nèi)數(shù)控機(jī)床發(fā)展比較迅速的有數(shù)控車床、數(shù)控銑床和加工中心，而數(shù)控磨床的出現(xiàn)比較晚，由于它對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的特殊要求，因此目前國內(nèi)的高檔數(shù)控磨床大都依靠進(jìn)口。本文對(duì)數(shù)控平面磨床電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究。

1 SINUMERIK 802D數(shù)控系統(tǒng)

　　SlNUMERIK 802D數(shù)控系統(tǒng)是西門子公司推出的一款經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)，包括控制單元(PCU)、鍵盤、機(jī)床控制面板(MCP)、SIMODRIVE模塊式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、I/O模塊、電子手輪等?？刂茊卧?PCU)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，它集成了數(shù)控裝置和PLC功能，802D最多可控制4個(gè)數(shù)字進(jìn)給軸和一個(gè)主軸，其中主軸既有數(shù)字接口，也可通過模擬接口控制。SIMODRIVE模塊式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由電源模塊、功率模塊等構(gòu)成。輸入、輸出模塊PP72／48提供72位數(shù)字輸入和48位數(shù)字輸出，一個(gè)系統(tǒng)中最多可配置兩塊該模塊。PCU、SIMODRIVE611UE、PP72／48均具有PROFIBUS接口，可通過PROFIBUS電纜將它們連接起來，構(gòu)成PROFIBUS總線系統(tǒng)。其中PCU為主設(shè)備，PP72／48、611UE為從設(shè)備，該系統(tǒng)接線簡單。

2 電氣控制方案

　　西門子SINUMERIK 802D數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)而且接線簡單，故我們選擇該系統(tǒng)對(duì)平面磨床進(jìn)行控制。由于數(shù)控平面磨床只需要在磨削深度和磨削橫向進(jìn)給的位置進(jìn)行控制，在縱向移動(dòng)距離方面沒有精確的要求，因此，該數(shù)控平面磨床只需要控制兩個(gè)直線軸(Y，Z軸)。磨床的縱向往返運(yùn)動(dòng)由液壓系統(tǒng)來驅(qū)動(dòng)，其區(qū)間位置由操作面板的選擇按鈕來選擇，并通過傳感器進(jìn)行定位和計(jì)數(shù)。主軸采用異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，由驅(qū)動(dòng)模塊發(fā)出模擬量給變頻器來進(jìn)行調(diào)速，并由PLC控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止。液壓系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)的控制均由數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)置PLC來控制?？刂葡到y(tǒng)框圖如圖1所示。

　圖1中802D的PCU具有鍵盤和手輪接口，可通過專用電纜與NC鍵盤和手輪連接。PC機(jī)與802D的PCU之間采用RS232口進(jìn)行串行通信，將PLC程序和調(diào)試參數(shù)下載到PCU，通過PC機(jī)可以進(jìn)行伺服系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化配置。802D中PCU、PP72／48、611UE插件由PROFlBUS電纜連接，構(gòu)成PROFIBUS總線系統(tǒng)。機(jī)床控制面板MCP的所有信號(hào)(包括按鍵、主軸倍率、進(jìn)給伺服軸倍率信號(hào)和指示燈信號(hào))均為數(shù)字量，通過兩根50芯扁平電纜與PP72／48連接。整個(gè)機(jī)床的邏輯控制部分由PLC完成，輸入、輸出信號(hào)通過I／O模塊PP72／48傳送，PLC程序在802D的PCU中循環(huán)執(zhí)行。

3 縱向往返運(yùn)動(dòng)區(qū)間控制

　　數(shù)控平面磨床的z軸和y軸均由數(shù)控系統(tǒng)控制，而縱向運(yùn)動(dòng)采用液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，這樣既經(jīng)濟(jì)又能滿足實(shí)際要求。數(shù)控平面磨床工作臺(tái)縱向往返運(yùn)動(dòng)的位移不能控制，且數(shù)控平面磨床有防護(hù)罩，如果還采用調(diào)節(jié)行車擋塊來進(jìn)行位移控制的方法，工人操作起來很繁瑣，影響工作效率，不能滿足要求。為了方便地調(diào)整工作區(qū)間，在控制面板上可安裝兩個(gè)數(shù)字式波段開關(guān)，用來設(shè)定工作臺(tái)左右移動(dòng)的位移，避免頻繁調(diào)節(jié)行車擋塊。在工作臺(tái)上安裝感應(yīng)塊，在床身安裝原點(diǎn)傳感器(如圖2所示)，這樣可以測量工作臺(tái)的位移。由于工作區(qū)間的位置要求不需太精確，故采用如圖2所示的結(jié)構(gòu)就可以控制工作臺(tái)往返運(yùn)動(dòng)的區(qū)間。

　圖2中感應(yīng)塊做成鋸齒形狀安裝在工作臺(tái)上隨工作臺(tái)一起移動(dòng)，原點(diǎn)傳感器和左右移動(dòng)位移檢測傳感器安裝在床身上。由于操作面板的兩個(gè)波段開關(guān)設(shè)定的是工作臺(tái)左右移動(dòng)的位移，PLC采用兩個(gè)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)設(shè)定值，該設(shè)定值是以工作臺(tái)行程的中點(diǎn)為計(jì)算基準(zhǔn)。另外，用兩個(gè)計(jì)數(shù)器來記錄傳感器所測得的脈沖數(shù)，將脈沖數(shù)換算成位移值存儲(chǔ)在寄存器中。在各個(gè)進(jìn)給伺服軸回原點(diǎn)時(shí)，縱向進(jìn)給軸也回原點(diǎn)，并自動(dòng)將行程數(shù)值的一半值存到右行位移存儲(chǔ)器中。自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，處理器根據(jù)判斷設(shè)定的位移和實(shí)際位移值的大小確定工作臺(tái)的移動(dòng)方向，從而控制電磁閥動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)。工作臺(tái)移動(dòng)的同時(shí)，通過傳感器向處理器發(fā)送脈沖信號(hào)，處理器接收脈沖信號(hào)，并且計(jì)數(shù)，

　　由測得的脈沖數(shù)計(jì)算出移動(dòng)距離，如與設(shè)定的位移值一致，工作臺(tái)停止移動(dòng)，換向電磁閥動(dòng)作，工作臺(tái)反向移動(dòng)，同理測出實(shí)際的位移等于設(shè)定位移時(shí)，電磁閥再次換向，如此循環(huán)往復(fù)運(yùn)行。通過調(diào)節(jié)控制面板上工作臺(tái)位移選擇波段開關(guān)就能很方便地改變工作臺(tái)的往復(fù)區(qū)間。在床身上安裝了左、右限位開關(guān)用于對(duì)機(jī)床工作臺(tái)進(jìn)行保護(hù)，防止誤動(dòng)作，增加了可靠性。

4 電磁吸盤的控制

　　電磁吸盤的控制采用了專用的充退磁控制器，適應(yīng)性寬，滿足各種零件加工時(shí)電磁吸力的調(diào)整要求。該控制器采用數(shù)字化調(diào)磁功能，調(diào)整方便，可以自行設(shè)定它的最高輸出電壓和退磁效果的日常調(diào)節(jié)范圍，殘磁量小。該控制器的電磁吸力通過控制面板的定位器來進(jìn)行調(diào)節(jié)，并通過刻度指示出來。

5 PLC程序設(shè)計(jì)

　　PLC程序可分為兩部分，一部分是根據(jù)機(jī)床具體情況自己編寫的控制程序，另一部分是由西門子公司提供的802D PLC子程序庫。

　　在PLC程序設(shè)計(jì)時(shí)，采用了西門子提供的一些標(biāo)準(zhǔn)PLC子程序，如PLC—INI、EMG—STOP、MCP—NCK、AXES—CTL、HANDWHL。這些子程序功能如下：

　　(1)子程序PLC—INI為PLC初始化程序，該子程序在第一個(gè)PLC周期時(shí)即SM0.1為ON時(shí)被調(diào)用。

　　(2)子程序AXES—CTL為主軸和進(jìn)給伺服軸的控制程序，該子程序的目的是控制驅(qū)動(dòng)器的使能如伺服使能V380X0002.1和脈沖使能V380X4001.7以及監(jiān)控硬限位和控制電機(jī)抱閘的釋放等。

　　(3)子程序EMG—STOP是急停處理程序，當(dāng)出現(xiàn)急停情況時(shí)，該子程序按照要求的下電時(shí)序控制電源模塊的3個(gè)端子(控制器使能、脈沖使能、控制接觸器)按順序下電，即采取對(duì)驅(qū)動(dòng)器斷電的應(yīng)急措施；故障排除后或系統(tǒng)初次上電，子程序會(huì)按照上電時(shí)序控制這3個(gè)端子順序上電。

　　(4)子程序MCP—NCK處理MCP和HMI信號(hào)之間的信號(hào)。

　　(5)子程序HANDWHL是手輪控制程序，根據(jù)HMI接口信號(hào)選擇手輪直接調(diào)用即可。工作臺(tái)縱向往返運(yùn)動(dòng)的區(qū)間控制流程如圖3所示。

6 安裝調(diào)試

　　系統(tǒng)各部件安裝完成后，必須對(duì)各部分進(jìn)行調(diào)試。

　　(1)NC的調(diào)試：數(shù)控系統(tǒng)調(diào)試包括對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化和修改參數(shù)來設(shè)置系統(tǒng)的PROFIBUS地址。由于該機(jī)床需要進(jìn)行位置控制的有兩個(gè)進(jìn)給軸，所以系統(tǒng)初始化只需裝入標(biāo)準(zhǔn)的車床系統(tǒng)數(shù)據(jù)就可以，將軸的名稱改為Y軸和Z軸。

　　(2)驅(qū)動(dòng)器的調(diào)試：驅(qū)動(dòng)器的調(diào)試要點(diǎn)是先設(shè)定軸的名稱，并輸入伺服軸的PROFIBUS總線地址，設(shè)定所選的電機(jī)型號(hào)和編碼器的參數(shù)并存儲(chǔ)參數(shù)，將主軸設(shè)定成模擬主軸。

　　(3)機(jī)床參數(shù)設(shè)置：設(shè)置機(jī)床參數(shù)，如系統(tǒng)顯示、總線配置、各坐標(biāo)軸相關(guān)配置參數(shù)、設(shè)定用戶數(shù)據(jù)如絲桿螺距和減速比以及反向間隙補(bǔ)償、螺距誤差補(bǔ)償和保護(hù)級(jí)等。

　　(4)PLC的調(diào)試：調(diào)試機(jī)床的各個(gè)PLC功能模塊，使機(jī)床的各項(xiàng)功能均正常。

7 結(jié)束語

　　西門子802D數(shù)控系統(tǒng)在平面磨床中的使用，就可靠性和功能的完備性來說，效果相當(dāng)好。本文中數(shù)控磨床的電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路也將會(huì)給數(shù)控平面磨床的發(fā)展帶來積極的影響。