三座標數控沖槽機數控電氣系統(tǒng)開發(fā)

  摘要：通過進行新型三坐標數控沖槽機數控和電氣系統(tǒng)的研發(fā)工作，完成三坐標數控沖槽機研制并使其能夠進行各種電機鐵芯矽鋼片的生產．現簡要介紹其硬件設計和軟件設計．
  關鍵詞：三坐標數控沖槽機：數控系統(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瓶頸問題而進行的三坐標數控沖槽機電氣及數控系統(tǒng)的研究，哈爾濱電機廠有限責任公司沖剪分廠十六噸數控沖槽機工作臺的液壓伺服系統(tǒng)精度問題已不能進行扇形沖片及圓形沖片的生產，而鉚孔沖片的生產也經常出現問題。為了徹底解決這一難題，開始進行新型三坐標數控沖槽機數控和電氣系統(tǒng)的研發(fā)工作。其內容包括上位機，下位機，伺服和驅動系統(tǒng)及數控沖床電氣。通過這次研發(fā)實現原有機床的全部功能。
1概述
   通過進行新型三坐標數控沖槽機數控和電氣系統(tǒng)的研發(fā)工作，完成三坐標數控沖槽機研制并使其能夠進行各種電機鐵芯矽鋼片的生產。這一臺三坐標數控沖槽機的研發(fā)完全是從新設計一個三坐標沖槽機的數控系統(tǒng)。對所有功能、產品的要求和生產工藝的要求編寫數控系統(tǒng)程序流程框圖。三坐標數控沖槽機是專用數控的設備，它是專門為電機生產行業(yè)加工各種電機定子、轉子鐵芯沖片而使用的。在其生產工藝上與其它數控沖床有相當大的區(qū)別。所以普通的應用于沖床的數控系統(tǒng)根本滿足不了它的需要。根據以上情況我們必須進行數控系統(tǒng)本身的研究。經過周密的調研及對產品和生產工藝認真分析研究并進行了大量的準備工作，完成了三坐標數控沖槽機數控電氣系統(tǒng)的研制工作。
2研究內窖
2.1硬件設計三坐標數控沖槽機數控系統(tǒng)
  采用當今世界上最著名的西門子公司的840D標準數控系統(tǒng)與臺灣ADVANTECH(研華)公司的AWS-8430TP-G開放式高標準工業(yè)級工作站相結合的方式控制三坐標數控沖槽機的工作臺運動。
  該機床的系統(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，西門子840D的PCU50作為下位機的管理來完成對底層設備的管理和宏觀控制。而三坐標數控沖槽機的位置控制、PLC控制由西門子840D數控系統(tǒng)的NCU573.2單元來完成。根據以上硬件設計原則，結合三坐標數控沖櫓機救控系統(tǒng)的特點，提出了一種以西門子840D數控系統(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控制方式。
  其中AWS-8430TP-G工作站作為系統(tǒng)的上位計算機，主要完成系統(tǒng)的管理、人機交互動態(tài)現實、預處理、參考計算及圖象處理。上下位機之間采用當今最流行的工業(yè)控制總線PROFIBUS DP進行通訊，通過PROFIBUS DP總線將西門子840D系統(tǒng)的各個部分連接起來．NC CPU與PLC CPU之間的通訊采用雙口動態(tài)存儲器實現數據交換。
  PCU 50單元PCU50單元是西門子開發(fā)的作為人機交互界面的新一代的人機交互系統(tǒng)，它是安裝在數控轉塔沖床控制面板的背面
  三坐標數控沖槽機是專為生產電機定子及轉子鐵心沖片的專用數控機床，它有與其他標準數控機床及普通數控沖床，沖切機不同的特點。根據電機定子及轉子鐵心沖片的不同情況及技術工藝要求，所生產的電機定子及轉子鐵心沖片也不盡相同所以不能使用普通數控沖床或沖切機必須滿足其工藝要求，進行各種沖片的工藝編程，來實時的象機床提供編程數據。這就需要有一個高性能的計算機來編制數據進行一邊計算一邊加工的功能，所以我們選擇了臺灣ADVANTECH(研華)公司的AWS-8430TP-G開放式高標準工業(yè)級工作站。它給我們提供了由用戶進行開發(fā)的可能性，使我們可以采用高級語言進行特殊工藝的計算及編程，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，如果用標準的數控系統(tǒng)來編程是相當困難的。
  另外由于沖床加工的高速性需要有一個高性能的數控系統(tǒng)來滿足其加工的要求，所以我們采用當今最流行的西門子840D全數字數控系統(tǒng)并配以應用于沖床的高速軟件及數字伺服驅動系統(tǒng)和高速大扭矩的交流伺服電動機來滿足沖床加工的高速性。
  驅動組件的配置：西門子的DIMODRIVE模塊驅動系統(tǒng)組件是由電源過濾器再生電阻電源模塊和驅動模塊等。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，驅動轉換系統(tǒng)是適應于各種工業(yè)環(huán)境的要求。
  配合西門子高性能的lFT6交流進給伺服電動機完成高動態(tài)響應的要求。機床的常規(guī)控制邏輯由西門子的S7 300 PLC實現，通過PLC的擴展單元把PLC CUP與擴展單元連接起來，恰好滿足了控制需要。
2.2軟件設計系統(tǒng)的研究內容。
  NC部分：三坐標聯動數控系統(tǒng)的聯動控制功能的研究。人機交互界面的研究。數據的管理和傳輸。機床參數的編制。
  根據以上要求我們采用了VB語言進行了程序的編制，然后通過串行通訊口實現數據的傳輸。這樣就實現了三坐標數控沖槽機NC系統(tǒng)的各種專用數控功能。
  S7部分：改造后我們使用S7-300可編程邏輯控制器實現其上述功能其主要工作是實現三軸的聯動和各種操作功能的實現。實現網絡的數據傳輸。實現機床的各種開關量控制及機床自動生產的各種動作邏輯關系的協(xié)調。
  這臺數控沖槽機是三軸控制的其控制方式是沖頭按著一定的沖次連續(xù)動作，沖片在工作臺的拖盤上卡緊。工作臺做相對于沖頭的直線運動定義為Y軸，拖盤做與Y軸垂直的橫向運動定義為X軸。拖盤圍繞自身的軸心旋轉定義為Z軸。
  3結論
  該數控系統(tǒng)以通用工控機為上位機，840D數控系統(tǒng)為下位機，完成對NNS3數控沖槽機工作臺三坐標位置控制和各種輔助操作的動作控制，實現了兩個級別的開放度，上位機具有更好的人機交互能力和上層應用系統(tǒng)集成能力。便于生產廠家和用戶對系統(tǒng)功能進行定制和參數調節(jié)，使系統(tǒng)具有更好的適應性。
  經過兩年的工作三坐標數控沖槽機電氣及數控系統(tǒng)的研究已經全面完成。試運行以達到了預期的效果。

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