1谚咬、引言

目前，在機械加工企業(yè)中尚粘，為了使車床適應(yīng)小批量择卦、多品種、復(fù)雜零件的加工郎嫁，充分利用普通車床秉继，就需要對普通臥式車床進行機電一體化設(shè)計。設(shè)計方案主要有：一源相、以微機做為控制單元（主要是單片機）折司，控制車床的進給系統(tǒng)横罪，采用步進電機開環(huán)控制系統(tǒng)；二耿把、人機界面（HMI）蚂悯、可編程控制器（PLC）作為主控元件，替代傳統(tǒng)車床繼電器－接觸器組成的電器控制部分舍仙，其目的是為了提高車床電氣控制系統(tǒng)的可靠性蒜薇，這種方法主要應(yīng)用在組合車床以及生產(chǎn)線上的專用車床；三云钻、采用專用的數(shù)控設(shè)備來控制車床的伺服進給系統(tǒng)脯堂，其伺服進給系統(tǒng)為步進電機開環(huán)控制系統(tǒng)。

這幾種方法各有特點：單片機的控制系統(tǒng)不但能控制車床的運動軌跡盾摹，也可以簡化車床的機械結(jié)構(gòu)嬉竞，但其接口設(shè)計復(fù)雜，可靠性低厉斟；而HMI挚躯、PLC組成的控制系統(tǒng)接口簡單，可靠性高擦秽，但不能控制車床的運動軌跡码荔；專用的數(shù)控設(shè)備不但能簡化車床的機械結(jié)構(gòu)，而且能控制車床的運動軌跡感挥，但其價格昂貴缩搅，不適應(yīng)經(jīng)濟型數(shù)控機床。

近幾年隨著微電子技術(shù)触幼、計算機技術(shù)硼瓣、通信技術(shù)及自動控制技術(shù)的發(fā)展，HMI置谦、PLC的功能越來越強堂鲤；本文提出利用WEINVIEW HMI 控制步進電機和車床主軸來實現(xiàn)車床的數(shù)控化。

2媒峡、方案確定

數(shù)控化是解決車床和運動部分的傳動鏈之間的關(guān)系瘟栖，傳動鏈主要有：主軸傳動系統(tǒng)、進給傳動系統(tǒng)谅阿。為了能充分利用人機界面功能虽苫，方案設(shè)計如下：

1）主軸傳動系統(tǒng)采用變頻調(diào)速；

2）橫向進給和縱向進給傳動系統(tǒng)采用步進電機開環(huán)控制碴秽；

3）主要技術(shù)參數(shù)：橫向進給脈沖當(dāng)量0.05mm/step沾陡，快進速度2mm/min；縱向進給脈沖當(dāng)量0.001mm/step，快進速度1mm/min蔫沐。

3梅柑、機械部分

3.1 主軸傳動系統(tǒng)

為了簡化主軸箱的結(jié)構(gòu)，滿足主軸和轉(zhuǎn)矩要求瓢疤，主軸傳動系統(tǒng)采用三相異步電機經(jīng)皮帶、降速齒輪驅(qū)動主軸旋轉(zhuǎn)愤凭。

3.2 進給傳動系統(tǒng)

橫向進給和縱向進給傳動系統(tǒng)都采用步進電機經(jīng)減速齒輪驅(qū)動滾珠絲杠副窥窜，推動刀架拖板做插補運動。為了提高進給傳動精度原俘，齒輪選用具有調(diào)隙結(jié)構(gòu)的直齒輪划烫，滾珠絲杠副安裝時要預(yù)緊。

4竿刁、控制系統(tǒng)設(shè)計

4.1 硬件結(jié)構(gòu)

為了系統(tǒng)便于擴展黄锤，提高系統(tǒng)的可維護性，本控制系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計食拜。它由四個子系統(tǒng)構(gòu)成：人機界面顯示鸵熟、PLC控制器、變頻器负甸、步進電機驅(qū)動模塊流强。其控制系統(tǒng)組成邏輯圖如圖3所示，其人機界面選用性能穩(wěn)定呻待、功能強大的WEINVIEW MT8104打月。兩個步進電機選用同型號的反應(yīng)式步進電機和相應(yīng)的驅(qū)動器。

4.2 軟件結(jié)構(gòu)

為了便于軟件調(diào)試蚕捉，軟件結(jié)構(gòu)采用模塊化結(jié)構(gòu)奏篙，主要分為以下幾部分：步進電機控制模塊、進給系統(tǒng)定位控制模塊迫淹、數(shù)據(jù)輸入及數(shù)據(jù)傳輸模塊秘通、元件故障檢測及報警模塊、人機界面監(jiān)控與顯示柔睡。

通過MT8104烘梭，設(shè)定系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)，實時監(jiān)控棺莱、顯示系統(tǒng)運作過程螺子，達到人機交互操作的友好結(jié)合。

人機界面參數(shù)設(shè)定

元件故障檢測具有很高的可靠性陕券，所以PLC控制系統(tǒng)的大部分故障來自于PLC外部元件偏笋，例如常見的有按鈕或行程開關(guān)觸點熔焊及氧化形成的短路或斷路故障。可將系統(tǒng)故障信息實時顯示在觸摸屏畫面上莱艺，并提示如何排查幫助捉痰，便于用戶處理系統(tǒng)電氣或機械故障問題。

5榄集、系統(tǒng)可靠性保障

系統(tǒng)可靠性主要來源于控制中心單元穩(wěn)定湖吭、準(zhǔn)確、及時的反應(yīng)與控制苗率；

人機界面結(jié)構(gòu)及工作原理

組成：32bit RISC 200M CPU碉渡、顯示單元（LCD）、輸入單元（電阻式觸控面板）母剥、通訊接口滞诺、數(shù)據(jù)存貯單元（64M DRAM/32M Flash）等；

人機界面結(jié)構(gòu)

MT8000系列是WEINTEK自主研發(fā)的人機產(chǎn)品：Touch Panel 采用高可靠性精密電阻式工業(yè)級觸控面板环疼，保證了精準(zhǔn)的觸控精度习霹，表面硬度高，觸控壽命長炫隶，可維持至少100萬次連續(xù)性操作淋叶。

觸控面板

LCD采用國際知名品牌廠商，同最優(yōu)的供應(yīng)商進行著緊密合作等限，并將累積13年HMI行業(yè)的使用經(jīng)驗提供給供應(yīng)商進行專案討論和工作改進爸吮；在主機板上、嚴(yán)格做好穩(wěn)定性望门、抗干擾性等方面的測試形娇，并外加電源隔離保護器，確保人機界面在現(xiàn)場使用的可靠性筹误、穩(wěn)定性和精準(zhǔn)性桐早。

CPU選用32bit RISC 200M，快速響應(yīng)PLC請求坷顽。串口最高波特率可以達到115200箕但，保證了HMI和PLC通訊速度。

6喇喂、注意事項

由于PLC是循環(huán)掃描方式工作饰逝，其掃描周期一般在幾毫秒至幾十毫秒之間，所以步進電機不能在高頻下運行雪奠，脈沖信號頻率只能在十至幾十赫茲范圍文浆。步進電機的轉(zhuǎn)速與控制脈沖成正比，當(dāng)步進電機在低頻運行時踪启，為了保證系統(tǒng)的定位精度升价，脈沖當(dāng)量又不能太大慢俄，這就是定位的時間太長。為了解決這個問題窄悍，將定位過程分為脈沖當(dāng)量不同的兩個階段：粗定位和精定位妄结。在機械結(jié)構(gòu)上采用兩套變速機構(gòu)，在粗定位階段由步進電機直接驅(qū)動刀架屯远，精定位階段采用步進電機經(jīng)降速齒輪來驅(qū)動刀架蔓姚，兩套裝置有電磁離合器控制。

7慨丐、結(jié)束語

用HMI和PLC設(shè)計普通車床赂乐，簡單易行，可靠性高咖气，抗干擾能力強。據(jù)WEINVIEW總部不完全統(tǒng)計挖滤，90％的銷量應(yīng)用在機床行業(yè)崩溪，應(yīng)用前景非常廣闊。

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