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，對機床的精度要求也越來越高，傳統(tǒng)的普通機床已經(jīng)越來越難以適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求，而數(shù)控機床因具有高精度、高效率、可以完成復(fù)雜型面加工的特點，越來越多地出現(xiàn)在制造行業(yè)。目前，國內(nèi)數(shù)控機床發(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)控磨床大都依靠進口。本文對數(shù)控平面磨床電氣控制系統(tǒng)進行了研究。

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)濟型數(shù)控系統(tǒng)，包括控制單元(PCU)、鍵盤、機床控制面板(MCP)、SIMODRIVE模塊式驅(qū)動系統(tǒng)、I/O模塊、電子手輪等。控制單元(PCU)是整個系統(tǒng)的核心，它集成了數(shù)控裝置和PLC功能，802D最多可控制4個數(shù)字進給軸和一個主軸，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)濟而且接線簡單，故我們選擇該系統(tǒng)對平面磨床進行控制。由于數(shù)控平面磨床只需要在磨削深度和磨削橫向進給的位置進行控制，在縱向移動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直線軸(Y，Z軸)。磨床的縱向往返運動由液壓系統(tǒng)來驅(qū)動，其區(qū)間位置由操作面板的選擇按鈕來選擇，并通過傳感器進行定位和計數(shù)。主軸采用異步電動機驅(qū)動，由驅(qū)動模塊發(fā)出模擬量給變頻器來進行調(diào)速，并由PLC控制電機的正轉(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。控制系統(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機與802D的PCU之間采用RS232口進行串行通信，將PLC程序和調(diào)試參數(shù)下載到PCU，通過PC機可以進行伺服系統(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)。機床控制面板MCP的所有信號(包括按鍵、主軸倍率、進給伺服軸倍率信號和指示燈信號)均為數(shù)字量，通過兩根50芯扁平電纜與PP72／48連接。整個機床的邏輯控制部分由PLC完成，輸入、輸出信號通過I／O模塊PP72／48傳送，PLC程序在802D的PCU中循環(huán)執(zhí)行。

3 縱向往返運動區(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，而縱向運動采用液壓系統(tǒng)驅(qū)動，這樣既經(jīng)濟又能滿足實際要求。數(shù)控平面磨床工作臺縱向往返運動的位移不能控制，且數(shù)控平面磨床有防護罩，如果還采用調(diào)節(jié)行車擋塊來進行位移控制的方法，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數(shù)字式波段開關(guān)，用來設(shè)定工作臺左右移動的位移，避免頻繁調(diào)節(jié)行車擋塊。在工作臺上安裝感應(yīng)塊，在床身安裝原點傳感器(如圖2所示)，這樣可以測量工作臺的位移。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)就可以控制工作臺往返運動的區(qū)間。

　圖2中感應(yīng)塊做成鋸齒形狀安裝在工作臺上隨工作臺一起移動，原點傳感器和左右移動位移檢測傳感器安裝在床身上。由于操作面板的兩個波段開關(guān)設(shè)定的是工作臺左右移動的位移，PLC采用兩個存儲器存儲設(shè)定值，該設(shè)定值是以工作臺行程的中點為計算基準。另外，用兩個計數(shù)器來記錄傳感器所測得的脈沖數(shù)，將脈沖數(shù)換算成位移值存儲在寄存器中。在各個進給伺服軸回原點時，縱向進給軸也回原點，并自動將行程數(shù)值的一半值存到右行位移存儲器中。自動運行時，處理器根據(jù)判斷設(shè)定的位移和實際位移值的大小確定工作臺的移動方向，從而控制電磁閥動作，驅(qū)動工作臺移動。工作臺移動的同時，通過傳感器向處理器發(fā)送脈沖信號，處理器接收脈沖信號，并且計數(shù)，

　　由測得的脈沖數(shù)計算出移動距離，如與設(shè)定的位移值一致，工作臺停止移動，換向電磁閥動作，工作臺反向移動，同理測出實際的位移等于設(shè)定位移時，電磁閥再次換向，如此循環(huán)往復(fù)運行。通過調(diào)節(jié)控制面板上工作臺位移選擇波段開關(guān)就能很方便地改變工作臺的往復(fù)區(qū)間。在床身上安裝了左、右限位開關(guān)用于對機床工作臺進行保護，防止誤動作，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行調(diào)節(jié)，并通過刻度指示出來。

5 PLC程序設(shè)計

　　PLC程序可分為兩部分，一部分是根據(jù)機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)計時，采用了西門子提供的一些標準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PLC周期時即SM0.1為ON時被調(diào)用。

　　(2)子程序AXES—CTL為主軸和進給伺服軸的控制程序，該子程序的目的是控制驅(qū)動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，該子程序按照要求的下電時序控制電源模塊的3個端子(控制器使能、脈沖使能、控制接觸器)按順序下電，即采取對驅(qū)動器斷電的應(yīng)急措施；故障排除后或系統(tǒng)初次上電，子程序會按照上電時序控制這3個端子順序上電。

　　(4)子程序MCP—NCK處理MCP和HMI信號之間的信號。

　　(5)子程序HANDWHL是手輪控制程序，根據(jù)HMI接口信號選擇手輪直接調(diào)用即可。工作臺縱向往返運動的區(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，必須對各部分進行調(diào)試。

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

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

　　(3)機床參數(shù)設(shè)置：設(shè)置機床參數(shù)，如系統(tǒng)顯示、總線配置、各坐標軸相關(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償、螺距誤差補償和保護級等。

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

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)計思路也將會給數(shù)控平面磨床的發(fā)展帶來積極的影響。