随着电子技术、计算机技术、材料技术和信息控制技术的飞速发展,我国数控系统的开发也从低水平经济型数控系统走向高功能数控系统研发。其发展趋势为高可靠性、高柔性化、高加工精度、复合化和制造系统自动化等。    

    　本项目致力研究基于数控机床控制系统的软件及相关硬件。针对高精度内圆磨床的数控问题,采用带有定位、模拟量控制、远程网络控制功能的PLC 产品为控制核心,积木式地加上定位、模拟量、网络等模块,利用人机界面通过CNC 软件开发实现磨床的数控功能。该技术途径的内部变量、核心软件及CNC触摸屏操作界面均由自己定义,开发难度较高CONTROL ENGINEERING China版权所有,但拥有自主知识产权,可直接实现网络控制,适合制造业的柔性化发展方向;从成本上核算,降低了数控机床生产成本。因此,目前的方案是一种可持续开发的、具有创新性的CNC 系统软件构建开发方案。项目实施后控制工程网版权所有,对数控机床的控制方案增加了选项。

    1.控制系统设计

   　 本磨床是用于磨削高

圆度内圆的半自动精密磨床,适用于各类元件的批量加工,根据加工要求,本机床有3 种工作状态:调整状态、半自动状态和参数整定状态。本系统主要采用可编程控制器( PLC) 和触摸屏2 级控制的结构, PLC 负责按钮和其他开关量信号的输入以及发出信号去控制接触器、继电器和变频器等电气元件,进而控制各电机的运行。同时控制相应指示灯的显示。触摸屏用来进行参数的修改与设定、自动控制、在线监视和传送信息等工作。PC 机(触摸屏) 通过串行口与PLC 相连,进行相互通信,所以触摸屏是通过发出命令去控制PLC的运行,以达到进行半自动控制的目的。

    　本机床共有13 台电动机和1 台变频器来驱动有关部件。包括主轴冷却电动机、磁性分离电动机、工件冷却电动机、液油泵电动机、动静压油泵电动机、油雾分离电动机、动静压油泵循环电动机、砂轮主轴电动机、工件轴电动机、砂轮往复电动机、液压油冷却电动机、动静压油冷却电动机、砂轮修整器电动机和变频器。

    　在这些电机中,砂轮主轴电动机采用中频变频器进行无级调速;进给分为砂轮轴(轴向) 进给和车头轴(径向) 进给,其中车头(径向) 进给轴X 采用伺服控制。X 轴进给要求:移动距离70 mm ,位置控制精度0. 003 mm , 电动机丝杠直联, 丝杠螺距5 mm。要求采用中惯量电动机,功率400 W。液压油冷却电动机,动静压油冷却电动机,砂轮修整器电动机为直流电动机。其中砂轮的往复运动由它激式直流电动机驱动,通过可控硅完成调速。

    　机床有关部件的直线(回转) 运动由液压系统完成,共由10 个电磁阀组成。为了保证可编程控制器的可靠性,在可编程控制器的输出端与执行元件之间增加了接口电路。

    　控制系统如图1 所示。控制模块使用FX2N 系列,PLC 为控制主机,以三菱970GOT 触摸屏为人机界面,选择伺服定位单元型号为FX2N210GM ,X轴伺服驱动器型号为MR2J 2S260A ,伺服电动机型号为三菱中惯量HC2SFS252 ,编码器分辨率为131072 脉冲/ 转,其它部件不再累述。

图1 　控制系统

    2.系统软件开发

   　 精密内圆磨床控制系统的软件设计分3 部分:内部变量的合理规划、人机界面画面设计和PLC 程序设计和伺服进给程序设计,由于篇幅所限,给出

图2 　PLC 和伺服程序设计流程

    　PLC 和伺服程序设计流程, 如图2所示。图中系统上电,指电源总开关;强电开启是为了安全起见CONTROL ENGINEERING China版权所有,设置的强电总开关,只有此开关闭合,整个系统才能正常工作; 工作方式后面将叙述; 为了保证机床动作的可靠性,本系统采用了逻辑控制与输出驱动分步进行的方法;系统初始化包括PLC 和定位参数的初始化。

    3.数控操作界面设计

    　数控操作面板应该具备界面友好、操作方便、自诊断功能强和适合磨床的工艺特点。精密数控内圆磨床有动作调整、磨削循环、砂轮单次修整循环、砂轮多次修整循环和新砂轮修整循环共5 种工作方式,这些工作状态必须在总启动以后才能执行,机床的每一步动作都有一定的连锁条件,只有在这些条件满足时,该动作才能被执行控制工程网版权所有,为了使操作者方便操作机床控制工程网版权所有,在人机界面上设计了多种指示信息和必要的提示。触摸屏的主控制界面设计