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  • 数控机床向开放式体系结构发展跟数控机床电气控制硬件设计

      20世纪90年代以来,由于计算机技术的发展,推动数控技术更快的更新换代。世界上许多数控系统生产厂家利用PC机丰富的软、硬件资源开放式体系结构的新一代数控系统。

    其一、数控机床向开放式体系结构发展
      20世纪90年代以来,由于计算机技术的发展,推动数控技术更快的更新换代。世界上许多数控系统生产厂家利用PC机丰富的软、硬件资源开放式体系结构的新一代数控系统。对于开放式体系结构,IEEE〔电气及电子工程师协会)定义为:能够使各种应用合理地运行在来自多个供应商的不同平台上,与其它应用系统有互操作性,提供一个一致的用户接口。
      为了使开放式控制系统遵守IEEE定义,需要把它建立在“供应商中立结构”基础上。欧洲的OSACA(自动化控制系统的开放式体系结构)、美国的OMAC(开放式模块化控制器)和日本的JOP/05EC(控制器的开放式系统环境)等的发起者正在为这种体系结构制定规范和进行设计。在供应商中立的开放式控制器体系结构后面的核心思想是模块化。模块化是用来把复杂系统(包括硬件和软件)分割成更小的可管理的单元,这些单元模块的接口需要以无二义性的方法明确定义,以使来自不同供应商的模块能够组合在一起来完成一个规定的任务,模块间的数据交换用开放的通信接口来处理。基于这种结构的开放式控制系统具有可移植性、互操作性、互交换性、可扩展性、可比例换算、可重用性等优点。而且它使机器制造商能够并敢于为他们专门的自动化设计优化选配组件,从而能在短的时间内实现创造性设计。
      对于具有高实时、高性能要求的开放式控制系统,特别重要和关键的接口是控制器和驱动器间的运动控制接口。
      SERCOS数字运动控制接口是当今的供应商中立的开放式接口标准,它提供了高度实时性、同步,并且具有配置和访问多达400多个不同的驱动器参数的能力。SERCOS接口包含了在多供应商环境下控制器兼容性和互操作性所的全部规定。
      比较典型的如“NC嵌入PC”结构的开放式数控系统。它由开放体系结构运动控制卡和PC机共同构成。这种运动控制卡通常选用高速DSP作为CPU,具有的运动控制和PLC控制能力。它本身就是一个数控系统,可以单独使用。它开放的函数库供用户在WINDOWS平台下自行构造所需的控制系统。因而这种开放结构运动控制卡被广泛应用于制造业自动化控制各个领域。如美国DeltaTau公司用PMAC多轴运动控制卡构造的PMAC-NC数控系统、日本MAZAK公司用三菱电机的MELDASMAGIC64构造的MAZATROL640CNC等。
      比较的如SOFT型开放式数控系统,这是一种比较新的开放体系结构的数控系统。它提供给用户大的选择和灵活性,它的CNC软件全部装在计算机中,而硬件部分仅是计算机与伺服驱动和外部I/O之间的标准化通用接口。就像计算机中可以安装各种的声卡和相应的驱动程序一样。用户可以在WINDOWSNT平台上,利用开放的CNC内核,所需的各种功能,构成各种类型的高性能数控系统,与前者相比,SOFT型开放式数控系统具有高的性能价格比,因而有生命力。通过软件智能替代复杂的硬件,正在成为当代数控系统发展的重要趋势。其典型产品有美国MDSI公司的OpenCNC,德国PowerAutomation公司的PAB000NT等。
      横梁是机床、加工中心常用的机床铸件,安装在立柱、横跨在底座上的一种梁式结构部件;它安装在立柱上后,为调整横梁和工作台的相对位置(即Y轴与X轴的垂直),采用了横梁调整垫块的结构。
      其二、数控机床电气控制系统硬件设计
      以硬件与软件的角度,对机床控制系统进行剖析。
      上位机:在这个系统中工控机就是上位机,工作人员在人机交互界面进行操作,操作内容就是将数据输入到系统的加工流程之中,并使其进行读取,界面的人性化设计支持人工修改加工参数,这此改动将被处理系统识别,然后根据相关行业协议,把这部分参数数据输入运动控制器,继而实现原定的操作动作。
      SIMOTION运动控制器:如果说控制系统是数控机床的大脑,那么SIMOTION就是整个控制系统的神经,有鉴于此,SIMOTION具有良好的稳定性,整个系统也就能够平稳的运行对于研究对象所配置的SIMOTION来源于德国西门子公司,它的组成部分为PLC5300和运动控制器。在控制方面它具有PLC一贯具有的稳定性,不仅如此,其还兼具运动控制方面的灵活性。
      电源模块:电源模块运用变换频率的形式,实现常用交流电向直流电的转换,之后使用一种称之为逆变器的元件,再将直流电变成工程所需的特定频率的交流电。借助电源模块SIMOTION控制系统将工业供电变成直流,再输送至各个电机模块。电源模块进行细分还有两类,其一是可调电源模块,之所以称之为可调,是因为其可以按要求将转换过的直流电控制在特定范围,并能够进行调节使其在该范围内线性变化;与之对应的是一种不可调电源块,其只可控制固定电压的直流电,不过这种电源块有其的应用领域。
      电机模块:这部分实现的作用就是将六百伏的直流电,通过转换变成特定频率的三相交流电,然后将能源供给电机使用。
      光栅尺:电机自身装配有编泽工具,然而这种编码器有的精度,基本上控制在十微米,不过这还是不能满足我们五微米的要求。基于此种考虑,需要使用光栅尺定位工作台,之后把测得的位置传递给控制器。
      主轴:数控机床的主轴由于要求较多,主轴不但精度,而且稳定,同时能够工作很长时间具有较高的寿命。它的系统性能优良,循环的工质为干净的水,在装夹上使用启动夹紧道具,这种方法稳定,效果优良。
      变频器:众所周知,作为主轴经常需要进行高速运转,故而要性,这就必然要使用到一种高速变频器。就功能上来看,常用的V系列变频器是可以实现的。然而,由于不能匹配串行接口,将导致信息流通不顺畅,为厂解决这个问题,研究人员尝试使用模拟量进行控制,成效斐然。

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