摘要：通過進(jìn)行新型三坐標(biāo)數(shù)控沖槽機(jī)數(shù)控和電氣系統(tǒng)的研發(fā)工作，完成三坐標(biāo)數(shù)控沖槽機(jī)研制并使其能夠進(jìn)行各種電機(jī)鐵芯矽鋼片的生產(chǎn)．現(xiàn)簡(jiǎn)要介紹其硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)．
關(guān)鍵詞：三坐標(biāo)數(shù)控沖槽機(jī)：數(shù)控系統(tǒng)；電氣系統(tǒng)
0引言
本科題是為解決沖剪分廠的扇形片、圃片和鉚孔沖片的生產(chǎn)瓶頸問題而進(jìn)行的三坐標(biāo)數(shù)控沖槽機(jī)電氣及數(shù)控系統(tǒng)的研究，哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司沖剪分廠十六噸數(shù)控沖槽機(jī)工作臺(tái)的液壓伺服系統(tǒng)精度問題已不能進(jìn)行扇形沖片及圓形沖片的生產(chǎn)，而鉚孔沖片的生產(chǎn)也經(jīng)常出現(xiàn)問題。為了徹底解決這一難題，開始進(jìn)行新型三坐標(biāo)數(shù)控沖槽機(jī)數(shù)控和電氣系統(tǒng)的研發(fā)工作。其內(nèi)容包括上位機(jī)，下位機(jī)，伺服和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及數(shù)控沖床電氣。通過這次研發(fā)實(shí)現(xiàn)原有機(jī)床的全部功能。
1概述
通過進(jìn)行新型三坐標(biāo)數(shù)控沖槽機(jī)數(shù)控和電氣系統(tǒng)的研發(fā)工作，完成三坐標(biāo)數(shù)控沖槽機(jī)研制并使其能夠進(jìn)行各種電機(jī)鐵芯矽鋼片的生產(chǎn)。這一臺(tái)三坐標(biāo)數(shù)控沖槽機(jī)的研發(fā)完全是從新設(shè)計(jì)一個(gè)三坐標(biāo)沖槽機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)。對(duì)所有功能、產(chǎn)品的要求和生產(chǎn)工藝的要求編寫數(shù)控系統(tǒng)程序流程框圖。三坐標(biāo)數(shù)控沖槽機(jī)是專用數(shù)控的設(shè)備，它是專門為電機(jī)生產(chǎn)行業(yè)加工各種電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子鐵芯沖片而使用的。在其生產(chǎn)工藝上與其它數(shù)控沖床有相當(dāng)大的區(qū)別。所以普通的應(yīng)用于沖床的數(shù)控系統(tǒng)根本滿足不了它的需要。根據(jù)以上情況我們必須進(jìn)行數(shù)控系統(tǒng)本身的研究。經(jīng)過周密的調(diào)研及對(duì)產(chǎn)品和生產(chǎn)工藝認(rèn)真分析研究并進(jìn)行了大量的準(zhǔn)備工作，完成了三坐標(biāo)數(shù)控沖槽機(jī)數(shù)控電氣系統(tǒng)的研制工作。
2研究?jī)?nèi)窖
2.1硬件設(shè)計(jì)三坐標(biāo)數(shù)控沖槽機(jī)數(shù)控系統(tǒng)
采用當(dāng)今世界上最著名的西門子公司的840D標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控系統(tǒng)與臺(tái)灣ADVANTECH(研華)公司的AWS-8430TP-G開放式高標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)級(jí)工作站相結(jié)合的方式控制三坐標(biāo)數(shù)控沖槽機(jī)的工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)。
該機(jī)床的系統(tǒng)控制采用層次的CNC系統(tǒng)思想，即AWS-8430TP-C工作站作為上位機(jī)，西門子840D的PCU50作為下位機(jī)的管理來完成對(duì)底層設(shè)備的管理和宏觀控制。而三坐標(biāo)數(shù)控沖槽機(jī)的位置控制、PLC控制由西門子840D數(shù)控系統(tǒng)的NCU573.2單元來完成。根據(jù)以上硬件設(shè)計(jì)原則，結(jié)合三坐標(biāo)數(shù)控沖櫓機(jī)救控系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出了一種以西門子840D數(shù)控系統(tǒng)的NCU573.2單元器為控制核心,AWS-8430TP-G工作站為系統(tǒng)支撐單元的上下位機(jī)控制方式。
其中AWS-8430TP-G工作站作為系統(tǒng)的上位計(jì)算機(jī)，主要完成系統(tǒng)的管理、人機(jī)交互動(dòng)態(tài)現(xiàn)實(shí)、預(yù)處理、參考計(jì)算及圖象處理。上下位機(jī)之間采用當(dāng)今最流行的工業(yè)控制總線PROFIBUS DP進(jìn)行通訊，通過PROFIBUS DP總線將西門子840D系統(tǒng)的各個(gè)部分連接起來．NC CPU與PLC CPU之間的通訊采用雙口動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。
PCU 50單元PCU50單元是西門子開發(fā)的作為人機(jī)交互界面的新一代的人機(jī)交互系統(tǒng)，它是安裝在數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床控制面板的背面
三坐標(biāo)數(shù)控沖槽機(jī)是專為生產(chǎn)電機(jī)定子及轉(zhuǎn)子鐵心沖片的專用數(shù)控機(jī)床，它有與其他標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控機(jī)床及普通數(shù)控沖床，沖切機(jī)不同的特點(diǎn)。根據(jù)電機(jī)定子及轉(zhuǎn)子鐵心沖片的不同情況及技術(shù)工藝要求，所生產(chǎn)的電機(jī)定子及轉(zhuǎn)子鐵心沖片也不盡相同所以不能使用普通數(shù)控沖床或沖切機(jī)必須滿足其工藝要求，進(jìn)行各種沖片的工藝編程，來實(shí)時(shí)的象機(jī)床提供編程數(shù)據(jù)。這就需要有一個(gè)高性能的計(jì)算機(jī)來編制數(shù)據(jù)進(jìn)行一邊計(jì)算一邊加工的功能，所以我們選擇了臺(tái)灣ADVANTECH(研華)公司的AWS-8430TP-G開放式高標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)級(jí)工作站。它給我們提供了由用戶進(jìn)行開發(fā)的可能性，使我們可以采用高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行特殊工藝的計(jì)算及編程，這樣用戶可以自己編制友好的用戶界面來完成用戶的程序，如果用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)控系統(tǒng)來編程是相當(dāng)困難的。
另外由于沖床加工的高速性需要有一個(gè)高性能的數(shù)控系統(tǒng)來滿足其加工的要求，所以我們采用當(dāng)今最流行的西門子840D全數(shù)字?jǐn)?shù)控系統(tǒng)并配以應(yīng)用于沖床的高速軟件及數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和高速大扭矩的交流伺服電動(dòng)機(jī)來滿足沖床加工的高速性。
驅(qū)動(dòng)組件的配置：西門子的DIMODRIVE模塊驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組件是由電源過濾器再生電阻電源模塊和驅(qū)動(dòng)模塊等。模塊的排列必須是按照從左至右的順序電源模塊總是排列在第一的位置然后是濾波和監(jiān)控模塊，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)是適應(yīng)于各種工業(yè)環(huán)境的要求。
配合西門子高性能的lFT6交流進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī)完成高動(dòng)態(tài)響應(yīng)的要求。機(jī)床的常規(guī)控制邏輯由西門子的S7 300 PLC實(shí)現(xiàn)，通過PLC的擴(kuò)展單元把PLC CUP與擴(kuò)展單元連接起來，恰好滿足了控制需要。
2.2軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)的研究?jī)?nèi)容。
NC部分：三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)控制功能的研究。人機(jī)交互界面的研究。數(shù)據(jù)的管理和傳輸。機(jī)床參數(shù)的編制。
根據(jù)以上要求我們采用了VB語(yǔ)言進(jìn)行了程序的編制，然后通過串行通訊口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。這樣就實(shí)現(xiàn)了三坐標(biāo)數(shù)控沖槽機(jī)NC系統(tǒng)的各種專用數(shù)控功能。
S7部分：改造后我們使用S7-300可編程邏輯控制器實(shí)現(xiàn)其上述功能其主要工作是實(shí)現(xiàn)三軸的聯(lián)動(dòng)和各種操作功能的實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸。實(shí)現(xiàn)機(jī)床的各種開關(guān)量控制及機(jī)床自動(dòng)生產(chǎn)的各種動(dòng)作邏輯關(guān)系的協(xié)調(diào)。
這臺(tái)數(shù)控沖槽機(jī)是三軸控制的其控制方式是沖頭按著一定的沖次連續(xù)動(dòng)作，沖片在工作臺(tái)的拖盤上卡緊。工作臺(tái)做相對(duì)于沖頭的直線運(yùn)動(dòng)定義為Y軸，拖盤做與Y軸垂直的橫向運(yùn)動(dòng)定義為X軸。拖盤圍繞自身的軸心旋轉(zhuǎn)定義為Z軸。
3結(jié)論
該數(shù)控系統(tǒng)以通用工控機(jī)為上位機(jī)，840D數(shù)控系統(tǒng)為下位機(jī)，完成對(duì)NNS3數(shù)控沖槽機(jī)工作臺(tái)三坐標(biāo)位置控制和各種輔助操作的動(dòng)作控制，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)級(jí)別的開放度，上位機(jī)具有更好的人機(jī)交互能力和上層應(yīng)用系統(tǒng)集成能力。便于生產(chǎn)廠家和用戶對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行定制和參數(shù)調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)具有更好的適應(yīng)性。
經(jīng)過兩年的工作三坐標(biāo)數(shù)控沖槽機(jī)電氣及數(shù)控系統(tǒng)的研究已經(jīng)全面完成。試運(yùn)行以達(dá)到了預(yù)期的效果。
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