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  • 數控機床向開放式體系結構發展跟數控機床電氣控制硬件設計

      20世紀90年代以來,由于計算機技術的發展,推動數控技術更快的更新換代。世界上許多數控系統生產廠家利用PC機豐富的軟、硬件資源開放式體系結構的新一代數控系統。

    其一、數控機床向開放式體系結構發展
      20世紀90年代以來,由于計算機技術的發展,推動數控技術更快的更新換代。世界上許多數控系統生產廠家利用PC機豐富的軟、硬件資源開放式體系結構的新一代數控系統。對于開放式體系結構,IEEE〔電氣及電子工程師協會)定義為:能夠使各種應用合理地運行在來自多個供應商的不同平臺上,與其它應用系統有互操作性,提供一個一致的用戶接口。
      為了使開放式控制系統遵守IEEE定義,需要把它建立在“供應商中立結構”基礎上。歐洲的OSACA(自動化控制系統的開放式體系結構)、美國的OMAC(開放式模塊化控制器)和日本的JOP/05EC(控制器的開放式系統環境)等的發起者正在為這種體系結構制定規范和進行設計。在供應商中立的開放式控制器體系結構后面的核心思想是模塊化。模塊化是用來把復雜系統(包括硬件和軟件)分割成更小的可管理的單元,這些單元模塊的接口需要以無二義性的方法明確定義,以使來自不同供應商的模塊能夠組合在一起來完成一個規定的任務,模塊間的數據交換用開放的通信接口來處理?;谶@種結構的開放式控制系統具有可移植性、互操作性、互交換性、可擴展性、可比例換算、可重用性等優點。而且它使機器制造商能夠并敢于為他們專門的自動化設計優化選配組件,從而能在短的時間內實現創造性設計。
      對于具有高實時、高性能要求的開放式控制系統,特別重要和關鍵的接口是控制器和驅動器間的運動控制接口。
      SERCOS數字運動控制接口是當今的供應商中立的開放式接口標準,它提供了高度實時性、同步,并且具有配置和訪問多達400多個不同的驅動器參數的能力。SERCOS接口包含了在多供應商環境下控制器兼容性和互操作性所的全部規定。
      比較典型的如“NC嵌入PC”結構的開放式數控系統。它由開放體系結構運動控制卡和PC機共同構成。這種運動控制卡通常選用高速DSP作為CPU,具有的運動控制和PLC控制能力。它本身就是一個數控系統,可以單獨使用。它開放的函數庫供用戶在WINDOWS平臺下自行構造所需的控制系統。因而這種開放結構運動控制卡被廣泛應用于制造業自動化控制各個領域。如美國DeltaTau公司用PMAC多軸運動控制卡構造的PMAC-NC數控系統、日本MAZAK公司用三菱電機的MELDASMAGIC64構造的MAZATROL640CNC等。
      比較的如SOFT型開放式數控系統,這是一種比較新的開放體系結構的數控系統。它提供給用戶大的選擇和靈活性,它的CNC軟件全部裝在計算機中,而硬件部分僅是計算機與伺服驅動和外部I/O之間的標準化通用接口。就像計算機中可以安裝各種的聲卡和相應的驅動程序一樣。用戶可以在WINDOWSNT平臺上,利用開放的CNC內核,所需的各種功能,構成各種類型的高性能數控系統,與前者相比,SOFT型開放式數控系統具有高的性能價格比,因而有生命力。通過軟件智能替代復雜的硬件,正在成為當代數控系統發展的重要趨勢。其典型產品有美國MDSI公司的OpenCNC,德國PowerAutomation公司的PAB000NT等。
      橫梁是機床、加工中心常用的機床鑄件,安裝在立柱、橫跨在底座上的一種梁式結構部件;它安裝在立柱上后,為調整橫梁和工作臺的相對位置(即Y軸與X軸的垂直),采用了橫梁調整墊塊的結構。
      其二、數控機床電氣控制系統硬件設計
      以硬件與軟件的角度,對機床控制系統進行剖析。
      上位機:在這個系統中工控機就是上位機,工作人員在人機交互界面進行操作,操作內容就是將數據輸入到系統的加工流程之中,并使其進行讀取,界面的人性化設計支持人工修改加工參數,這此改動將被處理系統識別,然后根據相關行業協議,把這部分參數數據輸入運動控制器,繼而實現原定的操作動作。
      SIMOTION運動控制器:如果說控制系統是數控機床的大腦,那么SIMOTION就是整個控制系統的神經,有鑒于此,SIMOTION具有良好的穩定性,整個系統也就能夠平穩的運行對于研究對象所配置的SIMOTION來源于德國西門子公司,它的組成部分為PLC5300和運動控制器。在控制方面它具有PLC一貫具有的穩定性,不僅如此,其還兼具運動控制方面的靈活性。
      電源模塊:電源模塊運用變換頻率的形式,實現常用交流電向直流電的轉換,之后使用一種稱之為逆變器的元件,再將直流電變成工程所需的特定頻率的交流電。借助電源模塊SIMOTION控制系統將工業供電變成直流,再輸送至各個電機模塊。電源模塊進行細分還有兩類,其一是可調電源模塊,之所以稱之為可調,是因為其可以按要求將轉換過的直流電控制在特定范圍,并能夠進行調節使其在該范圍內線性變化;與之對應的是一種不可調電源塊,其只可控制固定電壓的直流電,不過這種電源塊有其的應用領域。
      電機模塊:這部分實現的作用就是將六百伏的直流電,通過轉換變成特定頻率的三相交流電,然后將能源供給電機使用。
      光柵尺:電機自身裝配有編澤工具,然而這種編碼器有的精度,基本上控制在十微米,不過這還是不能滿足我們五微米的要求?;诖朔N考慮,需要使用光柵尺定位工作臺,之后把測得的位置傳遞給控制器。
      主軸:數控機床的主軸由于要求較多,主軸不但精度,而且穩定,同時能夠工作很長時間具有較高的壽命。它的系統性能優良,循環的工質為干凈的水,在裝夾上使用啟動夾緊道具,這種方法穩定,效果優良。
      變頻器:眾所周知,作為主軸經常需要進行高速運轉,故而要性,這就必然要使用到一種高速變頻器。就功能上來看,常用的V系列變頻器是可以實現的。然而,由于不能匹配串行接口,將導致信息流通不順暢,為廠解決這個問題,研究人員嘗試使用模擬量進行控制,成效斐然。

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