時(shí)間：2022-02-12 04:24:07
序論：在您撰寫數(shù)控系統(tǒng)論文時(shí)，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導(dǎo)您走向新的創(chuàng)作高度。
為了提高齒輪加工精度和加工效率，到了20世紀(jì)80年代以后，國內(nèi)外開始對齒輪加工機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造和生產(chǎn)數(shù)控齒輪加工機(jī)床。特別是近年來，由于微電子技術(shù)的迅速發(fā)展和以現(xiàn)代控制理論為基礎(chǔ)的高精度、高速響應(yīng)交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，為齒輪加工數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展提供了良好的條件和機(jī)遇。我們將齒輪加工系統(tǒng)分為全功能和非全功能兩大類。
差動(dòng)掛輪箱
非全功能齒輪加工數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
配這類數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床進(jìn)給軸為數(shù)控軸，多采用伺服系統(tǒng)。由于80年代齒輪加工數(shù)控化剛開始起步，當(dāng)時(shí)數(shù)控技術(shù)無法滿足齒輪加機(jī)床展成分度鏈的高同步性的要求,因此展成分度鏈和差動(dòng)鏈仍為傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)。這種數(shù)控加工方式，調(diào)整比機(jī)械式齒輪加工機(jī)床要方便的多。它們可以通過幾個(gè)坐標(biāo)軸的聯(lián)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)齒向修形齒輪的加工，省去了傳統(tǒng)加工修形齒輪所需要的靠模等裝置，提高了生產(chǎn)率和加工精度。但是這類齒輪加工數(shù)控系統(tǒng)屬經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)，由于其展成分度鏈和差動(dòng)鏈仍為傳統(tǒng)的機(jī)械式，齒輪加工精度取決于機(jī)械傳動(dòng)鏈的精度。目前這種齒輪加工數(shù)控系統(tǒng)多用于對現(xiàn)有機(jī)械式齒輪加工機(jī)床的數(shù)控改造。
全功能齒輪加工數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
近年來，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展和高精度、高速響應(yīng)的伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，全功能數(shù)控齒輪加工機(jī)床已成為國際市場上的主流產(chǎn)品。全功能數(shù)控指不僅齒輪機(jī)床的各軸進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是數(shù)控的，而且機(jī)床的展成運(yùn)動(dòng)和差動(dòng)運(yùn)動(dòng)也是數(shù)控的。目前展成分度鏈和差動(dòng)鏈的數(shù)控處理方法不盡相同，有基于軟件插補(bǔ)以及基于硬件控制的兩種類型。
分度掛輪箱
基于軟件差補(bǔ)的齒輪加工數(shù)控系統(tǒng)
這類數(shù)控系統(tǒng)的刀具主軸一般采用變頻裝置控制，工件主軸通過數(shù)控指令經(jīng)伺服電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。目前國產(chǎn)數(shù)控齒輪加工機(jī)床所配置的數(shù)控系統(tǒng)大多為國外知名品牌的通用數(shù)控系統(tǒng)，因而都是采用這種基于軟件插補(bǔ)的數(shù)控加工方式。
基于軟件插補(bǔ)方法的優(yōu)點(diǎn)是工件主軸的轉(zhuǎn)速完全由數(shù)控系統(tǒng)的軟件控制，因此，可以通過編制適當(dāng)?shù)能浖?，用通用的刀具來高精度快速地加工非圓齒輪、修形齒輪，且加工精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的機(jī)械靠模加工方法。
目前，由于控制精度、動(dòng)態(tài)響應(yīng)等方面的原因，基于軟件插補(bǔ)的齒輪加工數(shù)控系統(tǒng)還不能勝任高速高精度磨齒機(jī)的要求。隨著計(jì)算機(jī)速度的不斷提高、新控制方法的出現(xiàn)和控制精度的提高，這種方法的應(yīng)用面越來越廣?；谟布刂频凝X輪加工數(shù)控系統(tǒng)在傳統(tǒng)齒輪機(jī)床的展成分度鏈中，刀具和工件是由同一個(gè)電動(dòng)機(jī)來拖動(dòng)的，傳動(dòng)鏈很長，并常需要采用精度不易提高的傳動(dòng)元件(如錐齒輪、萬向聯(lián)軸節(jié)等)，所以提高機(jī)床精度受到限制。
目前多采用光電盤脈沖分頻分度傳動(dòng)鏈。砂輪主軸以固定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，并帶動(dòng)發(fā)信元件(如光電盤)，光電盤信號(hào)經(jīng)數(shù)字分頻后，控制工件軸伺服電機(jī)以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)以實(shí)現(xiàn)精確分度傳動(dòng)關(guān)系。同時(shí)把機(jī)床的差動(dòng)鏈也納入控制系統(tǒng)。
基于硬件控制的齒輪加工數(shù)控系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：采用硬件控制，特別是采用高同步精度的鎖相伺服控制時(shí)，精度高，響應(yīng)速度快。缺點(diǎn)：機(jī)構(gòu)上比較復(fù)雜，比軟件插補(bǔ)的方式多一個(gè)硬件控制電路部分。硬件控制的電子齒輪比(差動(dòng)系數(shù)、主傳動(dòng)比)，目前還不能做到實(shí)時(shí)修改，即不能實(shí)時(shí)改變工件主軸的轉(zhuǎn)速，因而不能用于加工非圓齒輪等。
非全功能數(shù)控系統(tǒng)由于加工精度取決于機(jī)械傳動(dòng)鏈，仍存在交換掛輪，操作較繁，已較少使用。目前多用于現(xiàn)有機(jī)械式齒輪加工機(jī)床的數(shù)控化改造；基于軟件插補(bǔ)的齒輪加工數(shù)控系統(tǒng)具有柔性大的優(yōu)點(diǎn)，可以很方便地通過程序控制，能加工非圓齒輪和各種修形齒輪，因而在加工精度不高的滾齒機(jī)和插齒機(jī)中有廣泛的應(yīng)用；基于硬件控制的齒輪加工數(shù)控系統(tǒng)，由于展成運(yùn)動(dòng)是直接采用硬件控制，特別是采用跟蹤精度極高的鎖相伺服技術(shù)時(shí)，能很好地保證齒輪機(jī)床差動(dòng)和展成運(yùn)動(dòng)精度，響應(yīng)速度快，但柔性差，適于加工精度要求高的磨齒機(jī)。
全功能的齒輪加工數(shù)控系統(tǒng)在國際上已是主流產(chǎn)品，也必將在國內(nèi)成為主流產(chǎn)品。
磨削技術(shù)除向超精密、高效率和超硬磨料方向發(fā)展外，自動(dòng)化也是磨削技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。
目前磨削自動(dòng)化在CNC技術(shù)日趨成熟和普及基礎(chǔ)上，正在進(jìn)一步向數(shù)控化和智能化方向發(fā)展，許多專用磨削軟件和系統(tǒng)已經(jīng)商品化。磨削是一個(gè)復(fù)雜的多變量影響過程，對其信息化的智能化處理和決策，是實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)化和最優(yōu)化的重要基礎(chǔ)。目前磨削中人工智能的主要應(yīng)用包括磨削過程建模、磨具和磨削參數(shù)合理選擇、磨削過程監(jiān)測預(yù)報(bào)和控制、自適應(yīng)控制優(yōu)化、智能化工藝設(shè)計(jì)和智能工藝庫等方面。近幾年來，磨削過程建模、模擬和仿真技術(shù)有很大發(fā)展，并已達(dá)到適用水平。
我國在磨削過程建模與模擬，聲發(fā)射過程監(jiān)測與識(shí)別，工件表面燒傷及殘余應(yīng)力預(yù)報(bào)，磨削加工誤差在線檢測、評價(jià)與補(bǔ)償?shù)确矫娑加性S多成果，并已開發(fā)出了新型磨削機(jī)器人。
數(shù)據(jù)供應(yīng)鏈管理體系
1數(shù)據(jù)供應(yīng)鏈的構(gòu)成
信息系統(tǒng)環(huán)境中的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)與和制造環(huán)境的物質(zhì)產(chǎn)品具有相似性，把統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)視為信息系統(tǒng)中的產(chǎn)品，這樣，就可以采用全面質(zhì)量管理(TQM)的原則、方法和技術(shù)來進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量管理[4,7]；可以采用制造環(huán)境中供應(yīng)鏈的管理體系來構(gòu)建數(shù)據(jù)產(chǎn)品的管理體系，我們稱之為數(shù)據(jù)供應(yīng)鏈。實(shí)際上可以把統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的制造和消費(fèi)過程看作一種業(yè)務(wù)流程模型，它由數(shù)據(jù)提供者、數(shù)據(jù)生產(chǎn)者、數(shù)據(jù)管理者到數(shù)據(jù)消費(fèi)者的價(jià)值鏈組成，完成由數(shù)據(jù)消費(fèi)者需求開始到提供給數(shù)據(jù)消費(fèi)者以所需要的產(chǎn)品與服務(wù)的整個(gè)過程[8]，這就是數(shù)據(jù)供應(yīng)鏈。數(shù)據(jù)產(chǎn)品的制造過程包括：原始數(shù)據(jù)采集、中間數(shù)據(jù)生成、成品數(shù)據(jù)生成、數(shù)據(jù)消費(fèi)等四個(gè)階段，它涉及四種角色：數(shù)據(jù)提供者、數(shù)據(jù)生產(chǎn)者、數(shù)據(jù)管理者、數(shù)據(jù)消費(fèi)者[4]。數(shù)據(jù)產(chǎn)品的生產(chǎn)制造過程也是數(shù)據(jù)的增值過程，隨著數(shù)據(jù)（信息）的價(jià)值得到社會(huì)廣泛的認(rèn)可，數(shù)據(jù)產(chǎn)品的開發(fā)和利用將會(huì)得更多的關(guān)注。從某一個(gè)數(shù)據(jù)生產(chǎn)者內(nèi)部來看，它的數(shù)據(jù)生產(chǎn)過程也構(gòu)一個(gè)內(nèi)部供應(yīng)鏈[9]，這個(gè)供應(yīng)鏈比較簡單(見圖1)。外部供應(yīng)鏈還包括數(shù)據(jù)生產(chǎn)者的數(shù)據(jù)供應(yīng)市場和數(shù)據(jù)消費(fèi)市場，數(shù)據(jù)供應(yīng)市場由一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)提供者和它們的數(shù)據(jù)供應(yīng)市場構(gòu)成，數(shù)據(jù)消費(fèi)市場由一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)消費(fèi)者和它們的數(shù)據(jù)消費(fèi)市場來構(gòu)成(見圖2)。
2內(nèi)部數(shù)據(jù)供應(yīng)鏈的管理組織模式
隨著企業(yè)信息建設(shè)的推進(jìn)，現(xiàn)代信息系統(tǒng)從MIS發(fā)展到企業(yè)商務(wù)智能系統(tǒng)。商務(wù)智能系統(tǒng)采集業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)清洗，形成支持決策和分析的數(shù)據(jù)倉庫，數(shù)據(jù)的采購與處理過程見圖3?？梢钥闯?，現(xiàn)代企業(yè)（或組織）內(nèi)部的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的采集、處理、分析過程是可以由企業(yè)商務(wù)智能系統(tǒng)來完成，并提供給相關(guān)的數(shù)據(jù)消費(fèi)者。
3外部數(shù)據(jù)供應(yīng)鏈的管理組織模式
完整的外部數(shù)據(jù)供應(yīng)鏈?zhǔn)菄@滿足用戶的數(shù)據(jù)需求來構(gòu)建的，它存在一個(gè)核心機(jī)構(gòu)（或組織），并起著核心管理作用。構(gòu)建一個(gè)數(shù)據(jù)供應(yīng)鏈的同時(shí)也意味著一個(gè)統(tǒng)計(jì)體系的形成，它將數(shù)據(jù)提供者、數(shù)據(jù)生產(chǎn)者、數(shù)據(jù)管理者、數(shù)據(jù)消費(fèi)者聯(lián)系起來形成一個(gè)是開放性的、以團(tuán)隊(duì)工作為組織單元的有機(jī)整體[10]。采用供應(yīng)鏈管理的思想來實(shí)現(xiàn)整個(gè)統(tǒng)計(jì)體系的管理，就是對一個(gè)統(tǒng)計(jì)體系中各參與組織、部門之間的數(shù)據(jù)、信息流與資金流進(jìn)行計(jì)劃、協(xié)調(diào)和控制等，目的是通過優(yōu)化提高數(shù)據(jù)生產(chǎn)過程的速度和確定性，提高組織的運(yùn)作效率和效益。對比制造環(huán)境的供應(yīng)鏈管理，數(shù)據(jù)供應(yīng)鏈管理更簡單，它所關(guān)注的只有數(shù)據(jù)（或信息）及其價(jià)值，沒有物流過程。數(shù)據(jù)供應(yīng)鏈管理的基本對象是數(shù)據(jù)產(chǎn)品流，數(shù)據(jù)產(chǎn)品流由供應(yīng)市場流向消費(fèi)市場。數(shù)據(jù)供應(yīng)鏈的信息流包括數(shù)據(jù)的需求、數(shù)據(jù)處理狀態(tài)和傳遞狀態(tài)等信息，評價(jià)與反饋流包括對數(shù)據(jù)產(chǎn)品的評估和評價(jià)信息等。采用現(xiàn)代信息技術(shù)，建立數(shù)據(jù)供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)產(chǎn)品流、信息流、評價(jià)與反饋流的統(tǒng)一管理，以實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)供應(yīng)鏈的全面管理。
統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制體系的構(gòu)建
1系統(tǒng)框架
現(xiàn)代信息系統(tǒng)具有高效的計(jì)劃、控制、反饋機(jī)制，高效的數(shù)據(jù)處理與傳輸能力，為構(gòu)建DSCMS系統(tǒng)提供了技術(shù)支持。信息網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)質(zhì)量的監(jiān)控與預(yù)警系統(tǒng)是統(tǒng)計(jì)信息系統(tǒng)的重要組成部份[3]，可采用企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）、全面質(zhì)量等管理思想構(gòu)建統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制框架，以有效避免目前統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制體系中易受中間環(huán)節(jié)的人為干擾。圖4給出了DSCMS的系統(tǒng)框架。
2系統(tǒng)功能與管理控制的實(shí)現(xiàn)
DSCMS由兩部分組成：一是統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，它實(shí)現(xiàn)方案設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)整理和統(tǒng)計(jì)分析與等統(tǒng)計(jì)工作各階段的信息化管理；二是評價(jià)與反饋系統(tǒng)，它負(fù)責(zé)系統(tǒng)的控制、評價(jià)與反饋，是數(shù)據(jù)質(zhì)量控制體系的實(shí)現(xiàn)。兩者有機(jī)結(jié)合，融入計(jì)劃控制、全面質(zhì)量管理等現(xiàn)代管理思想，形成統(tǒng)計(jì)管理信息系統(tǒng)的全面解決方案。按系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)，可分成以下6個(gè)部分：（1）方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)工作方案設(shè)計(jì)，包括任務(wù)和目標(biāo)的制定，數(shù)據(jù)收集、處理方案的制定，以及數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和要求的設(shè)定等。方案設(shè)計(jì)將結(jié)合目標(biāo)與實(shí)施方案，做出完整的實(shí)施計(jì)劃與控制策略，是DSCMS的控制中心，并通過評價(jià)與反饋系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)整個(gè)管理體系的計(jì)劃、過程控制和評價(jià)功能。（2）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。在跨組織的數(shù)據(jù)供應(yīng)鏈中進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，需考慮時(shí)間和空間對數(shù)據(jù)采集產(chǎn)生的影響，構(gòu)建基于互聯(lián)網(wǎng)的分布式集成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)不僅能提高工作的效率，也可以有效的減少數(shù)據(jù)逐級傳遞過程中的人為干擾。面向服務(wù)架構(gòu)是分布式系統(tǒng)當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的核心集成技術(shù)之一[11]，它可以對數(shù)據(jù)供應(yīng)者的業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行有效的集成，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集過程的自動(dòng)化。（3）數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。數(shù)據(jù)處理采用集中處理方式來完成，各級數(shù)據(jù)生產(chǎn)者和管理者經(jīng)過授權(quán)可通過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，生成相關(guān)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，以供本級數(shù)據(jù)消費(fèi)者使用。數(shù)據(jù)處理包括抽取、轉(zhuǎn)換、裝載等過程。（4）數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。數(shù)據(jù)分析可結(jié)合統(tǒng)計(jì)方法、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、聯(lián)機(jī)分析處理技術(shù)（OLAP）對數(shù)據(jù)庫或數(shù)據(jù)倉庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，分析結(jié)果可通過信息系統(tǒng)進(jìn)行，并對分析結(jié)果進(jìn)行評價(jià)與反饋。（5）信息系統(tǒng)。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)或分析結(jié)果可通過網(wǎng)站向社會(huì)公眾或相關(guān)用戶，并通過網(wǎng)站收集用戶的反饋信息。（6）評價(jià)與反饋系統(tǒng)。通過構(gòu)建科學(xué)的數(shù)據(jù)質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)體系與反饋系統(tǒng)，利用現(xiàn)代信息技術(shù)手段對統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)，并將評價(jià)結(jié)果及時(shí)反饋到數(shù)據(jù)質(zhì)量控制框架及數(shù)據(jù)生成的各個(gè)部門（或環(huán)節(jié)），以便于及時(shí)進(jìn)行修正、完善。
當(dāng)外界氣溫大于26℃時(shí)，制冷主機(jī)的負(fù)載需求越大，空調(diào)的耗能就越高。制冷主機(jī)耗能在中央空調(diào)系統(tǒng)之中占有相當(dāng)大的比重，除了制冷主機(jī)在滿載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)要有高效率性能外，還要確保主機(jī)可以在50%~70%負(fù)載率的條件下進(jìn)行長時(shí)間、高效率的運(yùn)轉(zhuǎn)，才能取得最佳的節(jié)能效果。因此，制冷主機(jī)的節(jié)能方式如下：
1）首先根據(jù)建筑物的用途、考慮全年的空調(diào)負(fù)荷變化和制冷機(jī)部分負(fù)荷的調(diào)節(jié)特性，并綜合考慮初投資和運(yùn)行費(fèi)、維護(hù)保養(yǎng)、環(huán)保、安全等因素，合理的選擇制冷機(jī)的機(jī)型、單機(jī)容量、臺(tái)數(shù)和全年的運(yùn)行方式，提高制冷系統(tǒng)在部分負(fù)荷時(shí)的運(yùn)行效率，降低運(yùn)行費(fèi)用。選用的制冷機(jī)的容量在考慮冷量損失的情況下，要與冷量負(fù)荷相適應(yīng)。在冷量負(fù)荷經(jīng)常變化的情況下，要選用多臺(tái)制冷機(jī)，以便在運(yùn)行中進(jìn)行合理調(diào)配。
2）用戶需要的冷負(fù)荷是變化的，在制冷裝置的實(shí)際運(yùn)行中，部分負(fù)荷運(yùn)行所占的比較較大，所以要根據(jù)用戶的需要和外界的環(huán)境變化調(diào)節(jié)制冷機(jī)的制冷量。從經(jīng)濟(jì)性、調(diào)節(jié)范圍和操作等多個(gè)角度來說，一般采用進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)和改變轉(zhuǎn)速的方法對制冷量進(jìn)行調(diào)節(jié)。
3）對冷卻水和冷凍水的水質(zhì)進(jìn)行管理，避免熱交換器結(jié)垢影響熱傳遞效率。制冷空調(diào)裝置常用的是敞開式冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，吸熱的冷卻水在冷卻塔與空氣充分接觸，逐漸蒸發(fā)，二氧化碳大量散失，溶解氧含量升高，水中Ca2+、Mg2+、溶解性固體、懸浮物逐漸增加，使冷卻循環(huán)水的水質(zhì)惡化，給系統(tǒng)帶來結(jié)垢、腐蝕、污泥和菌藻等問題。從而造成系統(tǒng)熱阻增大，熱交換率降低，設(shè)備腐蝕及壽命縮短，能耗加大。故應(yīng)重視冷卻水循環(huán)過程中的水處理。所以，需要定期對水質(zhì)進(jìn)行加藥，投加阻垢劑防止結(jié)垢，投加緩蝕劑防止腐蝕，投加殺生劑消滅微生物等等。同時(shí)進(jìn)行排污處理并定期取水樣進(jìn)行化驗(yàn)。冷凍水的水溫低，循環(huán)流動(dòng)系統(tǒng)通常為封閉的，不與空氣接觸，因此冷凍水的水質(zhì)管理和必要的水處理相對冷卻水系統(tǒng)來說要簡單得多。其工作目標(biāo)主要是防止水對金屬的腐蝕，可以通過添加合適的緩蝕劑予以解決。
4）定期清洗熱交換器。對水質(zhì)進(jìn)行處理可以減少結(jié)垢、腐蝕的發(fā)生，但不能完全杜絕。在運(yùn)行一段時(shí)間后還需要對熱交換器定期進(jìn)行物理清洗和化學(xué)清洗，防止或減少結(jié)垢、腐蝕，提高換熱效率。
二、空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)節(jié)能
（一）能量循環(huán)利用
新風(fēng)量少了，室內(nèi)的衛(wèi)生條件則變差；新風(fēng)量大了，又會(huì)加大空調(diào)負(fù)荷，造成能耗過大。所以在關(guān)系人體健康的同時(shí)，還要考慮到能耗費(fèi)用。冬、夏季室外的環(huán)境溫濕度與室內(nèi)的溫濕度標(biāo)準(zhǔn)相差較大，應(yīng)采用最小新風(fēng)量，減少新風(fēng)處理量，降低能耗。在過渡季節(jié)，當(dāng)外界空氣的溫濕度達(dá)到一定的條件時(shí)，可以采用全新風(fēng)的送風(fēng)方式，在滿足室內(nèi)的溫濕度要求的同時(shí)，又能減少需要處理的空氣量，降低空調(diào)系統(tǒng)耗能。可以采用CO2濃度控制器，在保證衛(wèi)生、保持正壓等基本要求下，控制新風(fēng)量，從大自然中獲得冷、熱能，對能量進(jìn)行充分利用，節(jié)約空調(diào)負(fù)荷，節(jié)省空調(diào)的運(yùn)行費(fèi)用。
（二）合理的參數(shù)設(shè)定
室內(nèi)空氣環(huán)境主要涉及的參數(shù)有溫度、相對濕度等，要使空調(diào)系統(tǒng)能節(jié)能運(yùn)行，就要對這些參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)定?？照{(diào)房間內(nèi)空氣溫度設(shè)定值與空調(diào)負(fù)荷和能耗有著密切關(guān)系。供冷時(shí)室溫設(shè)定得越高或者供熱時(shí)室溫設(shè)定得越低，可以減小室內(nèi)、外的溫差，降低空調(diào)負(fù)荷，空調(diào)系統(tǒng)越節(jié)能。所以，在實(shí)際運(yùn)行中，我們可以根據(jù)季節(jié)的不同，在設(shè)定參數(shù)時(shí)夏季取高值、冬季取低值，達(dá)到節(jié)能目的。在設(shè)定合理室溫的同時(shí)，還須設(shè)定合理的室內(nèi)濕度。除了一些工業(yè)生產(chǎn)廠房、實(shí)驗(yàn)室等需要較嚴(yán)格的工藝要求的建筑外，一般的商場、辦公樓等建筑，都是以舒適性空調(diào)為主的。為了不浪費(fèi)能量，室內(nèi)相對濕度的設(shè)定，在夏季可適當(dāng)降低，冬季可適當(dāng)提高。所以，在滿足室內(nèi)環(huán)境要求的前提下，可適當(dāng)降低室內(nèi)的溫濕度標(biāo)準(zhǔn)。
三、冷卻水塔節(jié)能
冷卻水塔工作原理是：空氣經(jīng)過風(fēng)機(jī)抽動(dòng)后，自進(jìn)風(fēng)網(wǎng)處進(jìn)入冷卻塔內(nèi)。濕熱的冷卻水自布水盤經(jīng)過填料流入塔內(nèi)。當(dāng)水滴和空氣接觸時(shí)：一方面由于空氣與水的直接傳熱，另一方面由于水蒸汽表面和空氣之間存在壓力差，在壓力的作用下產(chǎn)生蒸發(fā)現(xiàn)象，將水中的熱量帶走即蒸發(fā)傳熱，從而達(dá)到降溫之目的。
1）冷卻塔的位置應(yīng)設(shè)置在通風(fēng)良好的地方，例如室外綠化地帶、室外地面上或在高層建筑主樓的屋頂上，同時(shí)遠(yuǎn)離高溫或者有害氣體，避免建筑物高溫高濕排氣或者不潔凈的氣體對冷卻塔進(jìn)行影響。
2）采用冷卻塔變頻技術(shù)。冷卻塔變頻技術(shù)主要是利用冷卻水塔進(jìn)出水溫差對比，通過變頻器改變冷卻塔風(fēng)機(jī)供電頻率，不斷改變冷卻塔風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，來達(dá)到調(diào)節(jié)風(fēng)量以及減少風(fēng)機(jī)能耗的效果。
3）對于一塔多風(fēng)機(jī)的冷卻塔，在保證冷卻水溫滿足制冷機(jī)組正常運(yùn)行的情況下，可以根據(jù)冷卻水的回水溫度，調(diào)整投入運(yùn)轉(zhuǎn)的風(fēng)機(jī)數(shù)量，達(dá)到節(jié)能目的。而在多臺(tái)制冷主機(jī)并聯(lián)供冷的系統(tǒng)中，與其匹配的冷卻塔也可采用并聯(lián)形式。在過渡季節(jié)或外界溫度較低，部分制冷主機(jī)運(yùn)行時(shí)，利用并聯(lián)的冷卻塔，可以不開風(fēng)機(jī)采用自然冷卻的方法降低能耗。
四、總結(jié)
計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)是一個(gè)國家制造業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志。CAM和CNC的數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)ISO6983(RS274D)協(xié)議,已經(jīng)無法滿足數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展的需要,其局限性已日益暴露并影響數(shù)控系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。因此,新的數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)STEP-NC必然會(huì)取代舊的標(biāo)準(zhǔn)并且將給包括數(shù)控技術(shù)在內(nèi)的整個(gè)制造業(yè)帶來革命性影響。本文提出的基于STEP-NC的開放式數(shù)控系統(tǒng)旨在以STEP統(tǒng)一表征CNC加工過程中涉及的全部信息,實(shí)現(xiàn)CAD、CAM和CNC之間的無縫連接,同時(shí)為數(shù)控系統(tǒng)提供完整的產(chǎn)品數(shù)據(jù),更好地提高數(shù)控系統(tǒng)的開放性能。
1.STEP-NC概述
1.1ISO6983協(xié)議的缺點(diǎn)
隨著CAD/ACM系統(tǒng)和CNC系統(tǒng)性能的提高,ISO6983協(xié)議已經(jīng)成為制約數(shù)控技術(shù)的智能化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的“瓶頸”,已遠(yuǎn)不能滿足數(shù)控技術(shù)高速發(fā)展的需要,其缺點(diǎn)如下:(1)現(xiàn)場編程或修改非常困難,對于稍具復(fù)雜性的加工對象,G、M代碼一般需要事先由后處理程序生成,增加了信息流失或出錯(cuò)的可能性;(2)G、M代碼只定義了機(jī)床的運(yùn)動(dòng)和開關(guān)動(dòng)作,不包含產(chǎn)品數(shù)據(jù)的其它信息,因此CNC系統(tǒng)根本不可能獲得完整的產(chǎn)品信息,更不可能真正實(shí)現(xiàn)智能化;(3)從CAD/CAM系統(tǒng)到CNC系統(tǒng)的傳輸過程是單向的,難以支持先進(jìn)制造模式;(4)由于覆蓋面太窄,廠商不得不開發(fā)各自的擴(kuò)充功能和專有指令,造成不同控制系統(tǒng)之間互不兼容;(5)不支持基于樣條數(shù)據(jù)的五軸銑和高速加工;(6)生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間長,生產(chǎn)效率低。
1.2STEP-NC的優(yōu)點(diǎn)
為了克服ISO6983的諸多缺點(diǎn),一種新的數(shù)控接口標(biāo)準(zhǔn)STEP-NC(ISO14649)應(yīng)運(yùn)而生。STEP-NC將產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)(STandardfortheEx2chargeofProductmodeldata,STEP)擴(kuò)展至數(shù)控系統(tǒng)領(lǐng)域,重新規(guī)定了CAD/CAM與數(shù)控系統(tǒng)之間的接口。它要求數(shù)控系統(tǒng)直接使用符合STEP標(biāo)準(zhǔn)(ISO10303)的CAD三維產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型(包括零件幾何數(shù)據(jù)、設(shè)置和制造特征),加上工藝信息和刀具信息,直接產(chǎn)生加工程序來控制機(jī)床。其間,CAM系統(tǒng)只負(fù)責(zé)加入工藝信息和刀具信息而不必進(jìn)行后置處理。STEP-NC的優(yōu)點(diǎn)如下:(1)面向?qū)ο蠛吞卣?描述工件的加工操作,不依賴于機(jī)床軸的運(yùn)動(dòng),同一加工程序可適用于不同CNC;(2)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)信息是圖形,加工信息是數(shù)據(jù),但STEP-NC使用系統(tǒng)和人都能解析的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型代替圖形;(3)傳統(tǒng)加工必須把圖形描述的生產(chǎn)要求轉(zhuǎn)變成機(jī)床指令,使用STEP-NC可利用工藝規(guī)劃工具生成指令,使特征識(shí)別更快更準(zhǔn)確;(4)使用STEP-NC可實(shí)現(xiàn)CAD、CAM、CNC信息的雙向流動(dòng);(5)支持五軸銑,支持高速切削;(6)消除了后置處理器;(7)STEP-NC統(tǒng)籌考慮設(shè)計(jì)與制造模型,集成在產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型中,不存在數(shù)據(jù)傳遞誤差,可實(shí)現(xiàn)精確加工[1]。
2.STEP-NC產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型
2.1STEP-NC涵蓋的內(nèi)容
STEP-NC定義了一個(gè)CAM和CNC之間的新的數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)(AP238),其本質(zhì)是面向?qū)ο?描述“加工什么”。STEP-NC采用工作步驟(Working2steps)指定加工過程,工作步驟將加工特征和具體操作聯(lián)系起來,由CNC將其轉(zhuǎn)化為軸的運(yùn)動(dòng)和刀具操作。AP238是一個(gè)充分集成的應(yīng)用協(xié)議,其幾何定義與AP203、AP214一致,加工特征與AP224相同,公差定義與AP219一致,因此可以直接使用相關(guān)模型[2]。AP238涵蓋了產(chǎn)品從概念到成品(零件)全過程所需的全部信息。AP238文件中的工作步驟相當(dāng)于傳統(tǒng)數(shù)控文件中的G、M代碼。
0.前言
計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)是一個(gè)國家制造業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志。CAM和CNC的數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)ISO6983(RS274D)協(xié)議,已經(jīng)無法滿足數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展的需要,其局限性已日益暴露并影響數(shù)控系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。因此,新的數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)STEP-NC必然會(huì)取代舊的標(biāo)準(zhǔn)并且將給包括數(shù)控技術(shù)在內(nèi)的整個(gè)制造業(yè)帶來革命性影響。本文提出的基于STEP-NC的開放式數(shù)控系統(tǒng)旨在以STEP統(tǒng)一表征CNC加工過程中涉及的全部信息,實(shí)現(xiàn)CAD、CAM和CNC之間的無縫連接,同時(shí)為數(shù)控系統(tǒng)提供完整的產(chǎn)品數(shù)據(jù),更好地提高數(shù)控系統(tǒng)的開放性能。
1.STEP-NC概述
1.1ISO6983協(xié)議的缺點(diǎn)
隨著CAD/ACM系統(tǒng)和CNC系統(tǒng)性能的提高,ISO6983協(xié)議已經(jīng)成為制約數(shù)控技術(shù)的智能化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的“瓶頸”,已遠(yuǎn)不能滿足數(shù)控技術(shù)高速發(fā)展的需要,其缺點(diǎn)如下:(1)現(xiàn)場編程或修改非常困難,對于稍具復(fù)雜性的加工對象,G、M代碼一般需要事先由后處理程序生成,增加了信息流失或出錯(cuò)的可能性;(2)G、M代碼只定義了機(jī)床的運(yùn)動(dòng)和開關(guān)動(dòng)作,不包含產(chǎn)品數(shù)據(jù)的其它信息,因此CNC系統(tǒng)根本不可能獲得完整的產(chǎn)品信息,更不可能真正實(shí)現(xiàn)智能化;(3)從CAD/CAM系統(tǒng)到CNC系統(tǒng)的傳輸過程是單向的,難以支持先進(jìn)制造模式;(4)由于覆蓋面太窄,廠商不得不開發(fā)各自的擴(kuò)充功能和專有指令,造成不同控制系統(tǒng)之間互不兼容;(5)不支持基于樣條數(shù)據(jù)的五軸銑和高速加工;(6)生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間長,生產(chǎn)效率低。
1.2STEP-NC的優(yōu)點(diǎn)
為了克服ISO6983的諸多缺點(diǎn),一種新的數(shù)控接口標(biāo)準(zhǔn)STEP-NC(ISO14649)應(yīng)運(yùn)而生。STEP-NC將產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)(STandardfortheEx2chargeofProductmodeldata,STEP)擴(kuò)展至數(shù)控系統(tǒng)領(lǐng)域,重新規(guī)定了CAD/CAM與數(shù)控系統(tǒng)之間的接口。它要求數(shù)控系統(tǒng)直接使用符合STEP標(biāo)準(zhǔn)(ISO10303)的CAD三維產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型(包括零件幾何數(shù)據(jù)、設(shè)置和制造特征),加上工藝信息和刀具信息,直接產(chǎn)生加工程序來控制機(jī)床。其間,CAM系統(tǒng)只負(fù)責(zé)加入工藝信息和刀具信息而不必進(jìn)行后置處理。STEP-NC的優(yōu)點(diǎn)如下:(1)面向?qū)ο蠛吞卣?描述工件的加工操作,不依賴于機(jī)床軸的運(yùn)動(dòng),同一加工程序可適用于不同CNC;(2)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)信息是圖形,加工信息是數(shù)據(jù),但STEP-NC使用系統(tǒng)和人都能解析的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型代替圖形;(3)傳統(tǒng)加工必須把圖形描述的生產(chǎn)要求轉(zhuǎn)變成機(jī)床指令,使用STEP-NC可利用工藝規(guī)劃工具生成指令,使特征識(shí)別更快更準(zhǔn)確;(4)使用STEP-NC可實(shí)現(xiàn)CAD、CAM、CNC信息的雙向流動(dòng);(5)支持五軸銑,支持高速切削;(6)消除了后置處理器;(7)STEP-NC統(tǒng)籌考慮設(shè)計(jì)與制造模型,集成在產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型中,不存在數(shù)據(jù)傳遞誤差,可實(shí)現(xiàn)精確加工[1]。
2.STEP-NC產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型
2.1STEP-NC涵蓋的內(nèi)容
STEP-NC定義了一個(gè)CAM和CNC之間的新的數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)(AP238),其本質(zhì)是面向?qū)ο?描述“加工什么”。STEP-NC采用工作步驟(Working2steps)指定加工過程,工作步驟將加工特征和具體操作聯(lián)系起來,由CNC將其轉(zhuǎn)化為軸的運(yùn)動(dòng)和刀具操作。AP238是一個(gè)充分集成的應(yīng)用協(xié)議,其幾何定義與AP203、AP214一致,加工特征與AP224相同,公差定義與AP219一致,因此可以直接使用相關(guān)模型[2]。AP238涵蓋了產(chǎn)品從概念到成品(零件)全過程所需的全部信息。AP238文件中的工作步驟相當(dāng)于傳統(tǒng)數(shù)控文件中的G、M代碼。
3.1開放式數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)形式可分為傳統(tǒng)封閉式和開放式(包括PC嵌入NC、NC嵌入PC和SOFT型三種結(jié)構(gòu))。SOFT型開放式數(shù)控系統(tǒng)基于PC的概念實(shí)現(xiàn)CNC的功能,其軟件在PC中,硬件是PC與伺服驅(qū)動(dòng)和外部I/O間的標(biāo)準(zhǔn)化通用接口。用戶可以利用開放的CNC內(nèi)核,開發(fā)各種所需功能。我國硬件設(shè)計(jì)、制造水平不高,而軟件開發(fā)人員眾多,軟件設(shè)計(jì)水平也比較高。完全采用軟件在工業(yè)PC上實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng),比較適合我國國情,也更易于實(shí)現(xiàn)開放性。
本文確定的開放式數(shù)控系統(tǒng)總體框架主要由以下幾部分構(gòu)成:
(1)系統(tǒng)軟件平臺(tái)。采用WindowsNT和美國Venturcom公司的RTX(Real-TimeExtension)作為系統(tǒng)的軟件平臺(tái)。
(2)系統(tǒng)硬件平臺(tái)。以PC機(jī)和SoftSERCANS通訊卡為系統(tǒng)的硬件平臺(tái)。
(3)符合SERCOS協(xié)議的伺服系統(tǒng)與I/O設(shè)備。
SERCOS協(xié)議作為國際標(biāo)準(zhǔn),不僅可以用于運(yùn)動(dòng)控制與伺服系統(tǒng)之間的實(shí)時(shí)通訊,而且它還對I/O功能做出了相應(yīng)規(guī)定,能夠同時(shí)完成PC機(jī)與I/O設(shè)備之間離散數(shù)字信號(hào)的實(shí)時(shí)通訊。這樣可以在眾多廠家提供的符合SERCOS標(biāo)準(zhǔn)的伺服驅(qū)動(dòng)器和I/O模塊產(chǎn)品中進(jìn)行選擇和配置,以滿足控制軸數(shù)、控制方式等要求。我們選用了德國力士樂公司的伺服驅(qū)動(dòng)器和I/O模塊產(chǎn)品。
(4)數(shù)控功能軟件。基于Windows和RTX提供的應(yīng)用程序編程接口編制全軟件型開放式數(shù)控系統(tǒng),主要功能是接收輸入的加工信息,完成數(shù)控計(jì)算、邏輯判斷和I/O控制等功能。
3.2STEP-NC數(shù)控系統(tǒng)
基于STEP-NC的開放式數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)該使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型來實(shí)現(xiàn)CAX與CNC的無縫連接,STEP-NC數(shù)控系統(tǒng)與傳統(tǒng)的ISO6983數(shù)控系統(tǒng)相似,其關(guān)鍵部分是STEP-NC產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型和STEP-NC解釋器。因此在上述的開放式數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)用STEP-NC解釋器代替G代碼解釋器,再增加一個(gè)刀軌生成器,即可實(shí)現(xiàn)STEP-NC數(shù)控系統(tǒng)的功能。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型如圖2所示,主要由以下幾個(gè)功能模塊組成。
(1)車間級編程系統(tǒng)模塊
該模塊的主要功能為讀取三維實(shí)體模型的幾何信息,生成AP238文件。目前大多數(shù)CAD軟件(比如UG、Solidworks等)都內(nèi)嵌有STEP轉(zhuǎn)換接口,能夠有效處理3D幾何形狀。此模塊可以解釋AP203/AP214文件,從其中的幾何特征中自動(dòng)識(shí)別出ISO14649(Part10)所定義的加工特征,并根據(jù)ISO14649(Part10、Part11)定義的加工步驟所描述的特征操作進(jìn)行工藝規(guī)劃,最后輸出AP238文件。
這一過程中可以應(yīng)用Steptools公司的ST-Plan軟件,其主要功能就是讀取STEP文件輸出STEP-NC文件。
它擁有強(qiáng)大的用戶界面,有利于使用者重新對特征進(jìn)行分類,改變加工順序,選擇加工和工具屬性。
(2)NC用戶圖形界面模塊
該模塊是STEP-NC數(shù)控系統(tǒng)的人機(jī)接口,也是其它模塊之間實(shí)現(xiàn)通訊聯(lián)系的接口。通過此模塊可以導(dǎo)入STEP-NC程序文件,并可以對工作步驟進(jìn)行增添、刪除和次序更改;可以顯示和編輯某一工作步驟的幾何形狀、公差、特征、技術(shù)要求、刀具、材料和坐標(biāo)等相關(guān)信息,并以同樣的格式返回到上游的設(shè)計(jì)階段,體現(xiàn)了STEP-NC設(shè)計(jì)制造模型的一體化和數(shù)據(jù)可以雙向流動(dòng)的特點(diǎn)。
(3)一致性檢測模塊
該模塊主要是對AP238文件進(jìn)行一致性檢測。該模塊用來檢查加工工步、加工特征、刀具信息、幾何尺寸和公差以及其它STEP-NC特征信息是否符合國際標(biāo)準(zhǔn),若符合標(biāo)準(zhǔn),則STEP-NC程序文件被送到程序信息樹模塊和刀軌生成模塊繼續(xù)處理;若不符合,則返回到NC用戶圖形界面模塊重新編輯修改直至符合標(biāo)準(zhǔn)。
(4)程序信息樹模塊
此模塊負(fù)責(zé)把STEP-NC數(shù)控程序中的數(shù)據(jù)信息顯示成樹狀,用戶可以通過點(diǎn)擊不同的節(jié)點(diǎn)觀察各個(gè)實(shí)體的屬性及其取值情況,讓用戶對整個(gè)程序的信息結(jié)構(gòu)具有一個(gè)直觀、形象的認(rèn)識(shí)。這種表示形式符合人類的認(rèn)識(shí)規(guī)律,結(jié)構(gòu)層次明顯,表達(dá)清楚,界面比較友好,更加容易理解。
(5)智能工藝數(shù)據(jù)庫模塊
智能工藝數(shù)據(jù)庫用來存放專家們所掌握的各種加工工藝以及對于各種故障原因及其處置方法的知識(shí),可以包括加工條件、加工參數(shù)、刀具管理和故障診斷處理等各種數(shù)據(jù)庫、知識(shí)庫和策略庫等多種信息。推理軟件依據(jù)智能工藝數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和推理方法等大量信息,對機(jī)床運(yùn)行中的實(shí)時(shí)加工狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測、調(diào)節(jié)和故障診斷處理等控制[4]。
(6)刀軌生成模塊
該模塊的功能是根據(jù)加工特征、操作以及加工策略等信息生成每一加工工作步驟的刀位軌跡。由于STEP-NC程序文件里包含了零件從設(shè)計(jì)到成品所需要的全部加工信息,因此可以根據(jù)智能工藝數(shù)據(jù)庫模塊提供的加工條件和加工參數(shù)等信息對刀軌進(jìn)行優(yōu)化,通過最優(yōu)刀軌算法決定最合適的走刀路線、切削進(jìn)給量以及切削速度等。
(7)加工仿真模塊
在零件進(jìn)行實(shí)際加工之前,通過此模塊模擬運(yùn)行所有加工步驟,以檢查是否存在干涉或其它問題,然后再進(jìn)行真實(shí)加工[5]。
值得一提的是,從ISO6983到ISO14649,無論如何都要有一個(gè)過渡周期,因此本文所設(shè)計(jì)的數(shù)控系統(tǒng)保留了ISO6983解釋器,即本系統(tǒng)除了可以執(zhí)行STEP-NC文件外,還可以執(zhí)行傳統(tǒng)ISO6983的G代碼。只是該解釋器是作為CNC系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng),而不是STEP-NC解釋器模型的一部分。
數(shù)控技術(shù)利用數(shù)字信號(hào)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成某種功能，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。隨著我國計(jì)算機(jī)技術(shù)的變革，微小型計(jì)算機(jī)數(shù)字控制CNC是當(dāng)今制造高精度、高質(zhì)量以及形狀復(fù)雜產(chǎn)品的基礎(chǔ)設(shè)施，屬于制造技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。對于一般數(shù)控系統(tǒng)組織，運(yùn)算器接收、運(yùn)算、處理輸入裝置的指令或數(shù)據(jù)，并不斷向輸出裝置送出運(yùn)算結(jié)果?？刂破髂芨鶕?jù)指令控制運(yùn)算器和輸出裝置來實(shí)現(xiàn)各種操作及控制整機(jī)的循環(huán)工作，使數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行所要求的運(yùn)動(dòng)，其中伺服驅(qū)動(dòng)把來自控制器的脈沖信號(hào)經(jīng)過功率放大、整形后，轉(zhuǎn)換成執(zhí)行部件的平移、進(jìn)給或旋轉(zhuǎn)等運(yùn)動(dòng)，主要包括驅(qū)動(dòng)裝置和執(zhí)行結(jié)構(gòu)兩大部分。驅(qū)動(dòng)裝置由進(jìn)給驅(qū)動(dòng)單位電機(jī)、主軸驅(qū)動(dòng)單元等組成，步進(jìn)電機(jī)、直流和交流伺服電機(jī)是常用的伺服元件。執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)控制器發(fā)出的指令信號(hào)，完成驅(qū)動(dòng)裝置對系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的控制。作為數(shù)控系統(tǒng)改進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備的實(shí)例，數(shù)字噴印技術(shù)是非接觸印刷技術(shù)的主流，以低廉的價(jià)格和精美的印刷質(zhì)量越來越受到用戶的青睞。數(shù)字噴印吸收噴墨打印等新技術(shù)，墨水經(jīng)過噴腔組件的小孔射出，噴印器在基材上方以高速度噴射墨水，同時(shí)晶體振蕩器高速縱向振蕩，使墨線分裂成一系列大小和間距相等的墨點(diǎn)，機(jī)器內(nèi)部微處理器監(jiān)視回饋的信號(hào)，隨著物體的移動(dòng)，更多的墨點(diǎn)打在物體表面就形成了字符或圖線。經(jīng)調(diào)研，市場上還沒有針對薄膜開關(guān)制造工藝而開發(fā)的專業(yè)噴印設(shè)備，部分生產(chǎn)廠家引入用于廣告噴印的噴墨打印設(shè)備進(jìn)行面板的噴墨印刷，主要有2種：熱泡式噴墨打印機(jī)和平板式噴繪機(jī)。深圳某公司生產(chǎn)的熱泡式噴墨打印機(jī)，采用愛普生配件，底座同步，并采用步進(jìn)交流電機(jī)和IC芯片控制模塊化。由于該打印機(jī)源于辦公打印機(jī)技術(shù)，墨量不厚，所以不能采用UV油墨，不能立體打印，且印制速度慢，無法滿足規(guī)?；a(chǎn)。廣州某公司生產(chǎn)的平板噴印機(jī)，采用陶瓷壓電式工業(yè)高速Konic，XAAR等噴頭，由多色噴頭組成單模組，且UV光跟隨固化，可形成立體墨痕和噴印彩色圖案，但不能用于電路噴印。由于該打印機(jī)在制造中各工序?qū)ξ焕щy，故不能完全滿足彩色面板、上電路、絕緣層、下電路的套印，工序切換速度慢，不符合一次流水套打的工藝要求。為了提高定位精度，采用計(jì)算機(jī)視覺定位技術(shù)、MARK高精度光學(xué)影像定位系統(tǒng)及圖像AOI技術(shù)，印制精細(xì)度達(dá)0.1mm，對位精度≤0.2mm。采用多噴頭陣列高速流水噴印技術(shù)，以4—12個(gè)噴頭為1組并行噴印，從而實(shí)現(xiàn)高速輸出。為消除噴頭間噴印干擾，對12個(gè)噴頭的噴印進(jìn)行同步控制。采用2套獨(dú)立控制電路，分組傳輸，每組噴頭數(shù)不超過6個(gè)，從而能保證一般的4色彩油墨、金屬導(dǎo)電油墨、特色工藝油墨的噴印陣列。DSP的定位圓圖像采集及參數(shù)提取更進(jìn)一步提高了定位精確度和噴印速度。設(shè)計(jì)的陣列雙模式噴印平臺(tái)基于數(shù)字控制器現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA），DSP，PC及軟件，由程序協(xié)調(diào)操作FPGA等多芯片運(yùn)作，同時(shí)解決數(shù)據(jù)分配、時(shí)分信號(hào)和信號(hào)優(yōu)化等數(shù)據(jù)處理問題。在數(shù)控系統(tǒng)中可以利用FPGA處理接口板與上位主控板之間的數(shù)據(jù)傳輸，接收下位伺服的反饋信號(hào)，監(jiān)測伺服電機(jī)的工作狀態(tài)。針對x，y，z和w方向的移動(dòng)，利用可靠性、可編程多軸控制器構(gòu)建精確位置控制系統(tǒng)。以PLC控制變頻電機(jī)為執(zhí)行元件，通過RS-485通信實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)單元的遠(yuǎn)程控制，提高系統(tǒng)的集成度與可靠性?；谝陨显O(shè)計(jì)和工藝，集成高速、柔性、精密配套技術(shù)以及制造工藝，利用數(shù)控系統(tǒng)的核心技術(shù)，噴印平臺(tái)簡化了傳統(tǒng)工藝流程，只需改變電氣參數(shù)就能完成不同的噴印任務(wù)，不需要為新產(chǎn)品的每一次改動(dòng)而制作網(wǎng)版。設(shè)計(jì)的陣列噴印流水式裝置通過交錯(cuò)及斜裝陣列組合模式，由12通道靜態(tài)噴頭陣列與4通道動(dòng)靜雙模式噴印模組構(gòu)造，雙模式構(gòu)造能保證噴印清晰度和速度，解決縫接及拉線等問題。該裝置能快速完成維護(hù)和噴頭更換，提高了設(shè)備的靈活性和生產(chǎn)效率，其平臺(tái)抗震、抗干擾能力較好，符合IP54標(biāo)準(zhǔn)。
2陣列雙模式噴印平臺(tái)的控制模塊
2.1主要控制單元
作為一種典型的控制不同組合對象的多參數(shù)數(shù)控噴印平臺(tái)系統(tǒng)，既有平移、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)控制和圖像識(shí)別輔助控制，又有噴墨頭的溫度、流量等過程控制。為保證高速陣列多噴印頭的數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)、時(shí)控合理，核心控制模塊采用WDM類設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序架構(gòu)和MINIPort層間驅(qū)動(dòng)協(xié)議，驅(qū)動(dòng)程序用VC編寫和調(diào)試，使其達(dá)到4路USB準(zhǔn)同步數(shù)據(jù)傳輸，時(shí)間關(guān)鍵幀技術(shù)保證操作系統(tǒng)達(dá)ms級響應(yīng)。發(fā)揮硬件和軟件的開放性，實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)和伺服控制系統(tǒng)間的通訊、加工代碼的自動(dòng)生成、最佳模切順序和最短空程路徑。模塊化設(shè)計(jì)后則重點(diǎn)關(guān)注控制器、數(shù)據(jù)處理、I/O系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)接口等子模塊，以上位機(jī)數(shù)控系統(tǒng)來擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，使用計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)與FPGA控制器完成接口驅(qū)動(dòng)，控制模塊見圖2。噴印控制電路系統(tǒng)重點(diǎn)包括基于FPGA的主控部分、基于DSP的定位圓圖像采集及參數(shù)提取部分。采用現(xiàn)有控制技術(shù)的理論方法和技術(shù)條件，以FPGA嵌入式為主控制系統(tǒng)，F(xiàn)PGA有豐富的邏輯硬件資源，CycloneIIFPGA芯片有DSP系統(tǒng)、硬件協(xié)處理器、接口系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、存儲(chǔ)電路以及普通邏輯電路等功能子系統(tǒng)，能解決傳統(tǒng)寬幅噴印機(jī)對大量圖像數(shù)據(jù)在上下位機(jī)之間和系統(tǒng)內(nèi)部傳輸速度的瓶頸。利用DSP實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的電氣控制算法，提高對字車電機(jī)和走紙電機(jī)運(yùn)動(dòng)的精度控制，從而提高寬幅噴印機(jī)的噴印精度。系統(tǒng)還開發(fā)了FPGA的時(shí)鐘同步系統(tǒng)，在上位機(jī)獲取時(shí)間戳并通過FPGA硬件電路矯正晶振頻率的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的精確時(shí)鐘同步。FPGA主控部分主要包括USB接口模塊、噴印數(shù)據(jù)處理模塊、噴頭驅(qū)動(dòng)模塊、溫度控制模塊、驅(qū)動(dòng)電壓調(diào)整模塊、噴印圖像存儲(chǔ)及糾偏模塊與DSP接口模塊等7部分。
2.2模組控制單元的數(shù)據(jù)處理
FPGA接收數(shù)據(jù)并處理數(shù)據(jù)，發(fā)送數(shù)據(jù)到噴嘴、電機(jī)、相機(jī)等數(shù)字終端，數(shù)據(jù)緩沖區(qū)則使用多片DDR2，以加快數(shù)據(jù)傳輸速度。對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行分組，基于FPGA內(nèi)核改變時(shí)鐘域意味著整個(gè)噴墨頭的處理在1個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)的同步時(shí)鐘系統(tǒng)。通過使用VHDL編寫的時(shí)序程序發(fā)送控制字到FPGA的UART接收模塊，根據(jù)控制字的不同，調(diào)整相應(yīng)的數(shù)據(jù)，電機(jī)模塊根據(jù)控制字產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖和控制信號(hào)，控制噴頭電機(jī)的啟停、方向和速度等數(shù)值，利用FPGA實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯時(shí)序的控制信號(hào)。事件驅(qū)動(dòng)控制的機(jī)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也在FPGA實(shí)現(xiàn)，由有限狀態(tài)機(jī)（FSM）定義所有可能的實(shí)現(xiàn)方向數(shù)據(jù)。其中，USB接口模塊在每批次噴印開始前用于接收計(jì)算機(jī)發(fā)送下來的原始噴印圖像，并將存儲(chǔ)在外部緩存當(dāng)中的定位原圖像上傳至計(jì)算機(jī)，用于在人機(jī)界面上檢查初始標(biāo)定參數(shù)是否正確。當(dāng)噴印過程開始后，USB接口模塊用于與計(jì)算機(jī)交互噴印過程中的實(shí)時(shí)參數(shù)，噴印數(shù)據(jù)處理模塊用于將待噴印圖像的像素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行拆解，并重新封裝成適合噴頭噴印的數(shù)據(jù)格式。噴頭驅(qū)動(dòng)模塊用于計(jì)算時(shí)設(shè)置的有關(guān)噴印參數(shù)信息轉(zhuǎn)化為適合噴頭噴印的時(shí)序，以此時(shí)序來精確控制噴頭的噴印。溫度控制模塊用于實(shí)時(shí)調(diào)整并顯示噴頭的溫度，驅(qū)動(dòng)電壓調(diào)整模塊用于實(shí)時(shí)調(diào)整噴頭驅(qū)動(dòng)電壓的幅值及幅寬，存儲(chǔ)噴印圖像及工藝MARK參數(shù)信息處理，可以保證噴印位置的準(zhǔn)確性。利用CycloneIIFPGA的并行執(zhí)行特點(diǎn)，對2—4排噴嘴的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及分配，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)噴射控制、裝置控制邏輯與狀態(tài)管理。多排噴嘴的數(shù)據(jù)收發(fā)1次，先將此行像素拆分成奇數(shù)像素?cái)?shù)據(jù)和偶數(shù)像素?cái)?shù)據(jù)，再將這2部分像素以相反的順序發(fā)送至噴頭，就能噴印1行完整的像素點(diǎn)矩陣。此時(shí)，將首先在存儲(chǔ)中開辟一個(gè)動(dòng)態(tài)的全局緩存，存放所要噴印的一排像素?cái)?shù)據(jù)，再為若干個(gè)噴頭分別開辟單獨(dú)的緩存區(qū)和獨(dú)立的進(jìn)程，這些獨(dú)立的進(jìn)程將通過一定的交換機(jī)制，與其他相關(guān)進(jìn)程進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，所有與噴頭相關(guān)的進(jìn)程完全并行，因此整個(gè)過程除了USB數(shù)據(jù)的接收外，其他部分所消耗的時(shí)間只相當(dāng)于處理一個(gè)噴頭數(shù)據(jù)所消耗的時(shí)間，從而提高數(shù)據(jù)處理的速度。
3結(jié)語
PLC以其可靠性高、邏輯控制功能強(qiáng)、體積小、適應(yīng)性強(qiáng)和與計(jì)算機(jī)接口方便等優(yōu)勢在工業(yè)測控領(lǐng)域廣泛運(yùn)用,已大量替代由中間繼電器和時(shí)間繼電器等組成的傳統(tǒng)電器控制系統(tǒng)。近年來,PLC技術(shù)發(fā)展迅猛,新產(chǎn)品層出不窮。高端PLC不僅擅長開關(guān)量檢測和邏輯控制,而且能夠處理模擬信號(hào)、進(jìn)行位置控制和回路控制,還可以連接各種觸摸屏人機(jī)界面并具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能。高端PLC配備適當(dāng)?shù)奈恢每刂茊卧陀|摸屏人機(jī)界面,并根據(jù)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)或柔性制造系統(tǒng)(FMS)的具體要求,配置相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)模塊或網(wǎng)絡(luò)單元,即可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連,構(gòu)成開放的數(shù)控系統(tǒng)。本文介紹一種基于OMRON高端PLC的磨削數(shù)控系統(tǒng),這種數(shù)控系統(tǒng)裝備的位置控制單元可以實(shí)現(xiàn)兩軸聯(lián)動(dòng),并可根據(jù)實(shí)際需要,任意擴(kuò)展控制軸數(shù);觸摸屏人機(jī)界面可以根據(jù)操作需要靈活設(shè)計(jì);還可通過DeviceNet、ControllerLink和TCP/IP協(xié)議單元進(jìn)行多層次的網(wǎng)絡(luò)互連。這種數(shù)控系統(tǒng)目前已在3MZ2120磨床數(shù)控技術(shù)改造中獲得成功應(yīng)用。
1.數(shù)控系統(tǒng)的開放特征與典型模式
開放式數(shù)控系統(tǒng)一般基于PC平臺(tái),具有模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、平臺(tái)無關(guān)性、可二次開發(fā)和適應(yīng)聯(lián)網(wǎng)工作等特征?；赑C平臺(tái)的開放式數(shù)控系統(tǒng)目前有3種典型模式。第一種為衍生型(專用NC+PC),在傳統(tǒng)CNC中插入專門開發(fā)的接口板,使傳統(tǒng)的專用CNC帶有PC的特點(diǎn)。此種模式是由于數(shù)控系統(tǒng)制造商不能在短期內(nèi)放棄傳統(tǒng)的專用CNC技術(shù)而產(chǎn)生的折中方案,尚未實(shí)現(xiàn)NC內(nèi)核的開放,只具有初級開放性;第二種為嵌入型(PC+NC控制卡),將基于DSP的高速運(yùn)動(dòng)控制卡(NC控制卡)插在PC的標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展槽中,由PC機(jī)執(zhí)行各種非實(shí)時(shí)任務(wù),NC控制卡處理實(shí)時(shí)任務(wù)。是目前基于PC平臺(tái)的開放式數(shù)控系統(tǒng)的主流;第三種為全軟件數(shù)控系統(tǒng),PC機(jī)不僅能夠完成管理等非實(shí)時(shí)任務(wù),也可以在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的支持下,執(zhí)行實(shí)時(shí)插補(bǔ)、伺服控制、機(jī)床電器控制等實(shí)時(shí)性任務(wù)。這種模式的數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了NC內(nèi)核的開放和用戶操作界面的開放,可以直接或通過網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行各種應(yīng)用軟件,是真正意義上的開放式數(shù)控系統(tǒng)。與PC平臺(tái)開放式數(shù)控系統(tǒng)相比,基于高端PLC的數(shù)控系統(tǒng)的開放性主要體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)層面和系統(tǒng)擴(kuò)充層面。高端PLC采用類似于PC的總線結(jié)構(gòu)和面向操作的梯形圖語言編程,模擬量處理單元、位置控制單元、回路控制單元、網(wǎng)絡(luò)模塊或網(wǎng)絡(luò)單元等高端部件都有專用控制語句,具有系統(tǒng)構(gòu)建靈活、擴(kuò)充能力強(qiáng)、應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)便捷等優(yōu)點(diǎn)。編程語言標(biāo)準(zhǔn)化和部件可互換性的不斷增強(qiáng),現(xiàn)場總線技術(shù)和工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的普遍采用,都使基于高端PLC的數(shù)控系統(tǒng)變得更加開放,將成為面向CIMS或FMS的設(shè)備層的重要組成部分。
2.基于高端PLC的磨削數(shù)控系統(tǒng)
2.1開關(guān)信號(hào)監(jiān)測與邏輯控制
當(dāng)前系統(tǒng)輸入輸出單元是PLC的基本組成部分,在磨削數(shù)控系統(tǒng)中承擔(dān)所有開關(guān)信號(hào)的監(jiān)測和全部邏輯控制功能。監(jiān)測信號(hào)主要有:機(jī)械手進(jìn)出、機(jī)械手上下、料盤正反轉(zhuǎn)、修整器起落等動(dòng)作的位置信號(hào),磨削設(shè)備和輔助裝置上的各種工作狀態(tài)信號(hào)和異常報(bào)警信號(hào)。系統(tǒng)輸出單元控制磨削設(shè)備上所有電磁閥和機(jī)床電器系統(tǒng)等,通過磨削設(shè)備上的液壓系統(tǒng),控制機(jī)械手、料盤、工件卡盤、砂輪軸、床身、修整器等基本部件和冷卻、、過濾等輔助裝置按照磨床動(dòng)作和磨削工藝要求工作,實(shí)現(xiàn)磨削加工過程的自動(dòng)化。
2.2工件與砂輪運(yùn)轉(zhuǎn)速度控制
保持工件與砂輪轉(zhuǎn)動(dòng)速度恒定,對提高磨削加工質(zhì)量十分有利。為此系統(tǒng)配備了2臺(tái)帶RS-485串口變頻器,分別驅(qū)動(dòng)工件軸和砂輪軸。PLC采用聯(lián)機(jī)隨動(dòng)控制保證兩者之間速度的配合與穩(wěn)定。操作人員依據(jù)磨削加工要求設(shè)定工件軸變頻器速度參數(shù),PLC接收該參數(shù)后,參照砂輪直徑(設(shè)定或記憶值)和轉(zhuǎn)動(dòng)速度比例關(guān)系,計(jì)算并自動(dòng)設(shè)定砂輪軸變頻器的速度參數(shù)。在磨削加工過程中,PLC對砂輪在磨削及修整過程中的損耗給予速度自動(dòng)補(bǔ)償。PLC最多可以控制32臺(tái)變頻器,不同廠家的變頻器可采用協(xié)議宏通信聯(lián)接。PLC按照變頻器地址(0-31)、指令代碼和相關(guān)數(shù)據(jù)順序向變頻器傳送命令,對變頻器運(yùn)行、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)等實(shí)施控制;PLC還可以監(jiān)視變頻器運(yùn)行狀態(tài),當(dāng)變頻器發(fā)生過電流、過電壓、變頻器過載、硬件異常、電機(jī)過載、過力矩檢測、電源異常、通信超時(shí)等情況,可將異常參數(shù)傳輸給PLC,由PLC作出相應(yīng)處理。
2.3位置控制單元(PCU)與位置控
制高端PLC配備單軸位置控制單元,與步進(jìn)電機(jī)或交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器配套使用,可以完成開環(huán)或半閉環(huán)位置控制及速度控制,配備兩軸聯(lián)動(dòng)位置控制單元可以進(jìn)行實(shí)時(shí)插補(bǔ)控制,實(shí)現(xiàn)直線和圓弧曲面等加工控制。目前全球各主要PLC制造商都已推出與高端PLC配套的PCU,具備高速和高精度的位置控制功能。OMRON公司的CJ1MCPU自帶PCU的位置脈沖速度為1kBPS,高級PCU的速度可達(dá)到500kBPS,松下PP2或PP4系列的位置控制速度高達(dá)1MBPS。采用高端PLC設(shè)計(jì)數(shù)控系統(tǒng),需根據(jù)控制精度、運(yùn)行速度和運(yùn)行軌跡要求選擇適合的位置控制單元(PCU)。磨削數(shù)控系統(tǒng)控制精度要求較高(F1μm),一般選擇數(shù)字交流伺服系統(tǒng)。OMRON高端PLC專用高級指令控制脈沖輸出,可選擇梯形、S形或三角形速度曲線運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)定程、點(diǎn)動(dòng)、返回原點(diǎn)和原點(diǎn)搜索等運(yùn)動(dòng)控制。程序設(shè)計(jì)可選擇相對坐標(biāo)系或絕對坐標(biāo)系,按照圖2所示的梯形圖編程運(yùn)行,可實(shí)現(xiàn)各種磨削加工所應(yīng)遵循的運(yùn)行曲線。圖3表示該數(shù)控系統(tǒng)準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)鐵路軸承內(nèi)套擋邊粗、精、光磨削加工和3MZ2120磨床快進(jìn)、快退幾個(gè)階段的速度控制和位置控制的運(yùn)動(dòng)軌跡。
2.4觸摸屏人機(jī)界面設(shè)計(jì)
基于高端PLC的磨削數(shù)控系統(tǒng)可選用觸摸屏人機(jī)界面(ProgrammableTer2minal,PT),采用組態(tài)工具軟件和圖形庫(開關(guān)、燈、棒圖等)以及動(dòng)畫功能等,按照磨削工藝流程要求進(jìn)行系統(tǒng)操作界面設(shè)計(jì)。下面以3MZ2120磨削數(shù)控系統(tǒng)操作界面為例介紹設(shè)計(jì)過程和效果。根據(jù)磨削數(shù)控操作和顯示的需要,該系統(tǒng)主界面下設(shè)8個(gè)子畫面(圖4)。系統(tǒng)上電自動(dòng)進(jìn)入主界面,核對操作密碼后彈出主菜單,在主界面上點(diǎn)擊操作可轉(zhuǎn)移相應(yīng)的子界面。加工參數(shù)和修整參數(shù)設(shè)置界面提供設(shè)置數(shù)控磨削相關(guān)參數(shù)提示;手動(dòng)操作和手動(dòng)修整界面用于快前、快退、慢前、慢退、返回等手動(dòng)位置控制和手動(dòng)修整砂作,為設(shè)備調(diào)試提供便利;自動(dòng)報(bào)警界面利用觸摸屏人機(jī)界面本身具有的報(bào)警功能設(shè)計(jì),對油霧、液壓系統(tǒng)、機(jī)床電器系統(tǒng)、料槽狀態(tài)、冷卻系統(tǒng)和伺服電機(jī)等實(shí)施監(jiān)測和自動(dòng)報(bào)警,當(dāng)發(fā)生故障時(shí)觸摸屏立刻彈出報(bào)警信息(報(bào)警時(shí)間、故障代碼及應(yīng)對措施等);自動(dòng)運(yùn)行界面(圖5)采用棒圖顯示當(dāng)前磨削余量值;采用動(dòng)畫方式實(shí)時(shí)顯示加工狀態(tài)和加工位置等。還設(shè)有“緊急停車”等應(yīng)急按鈕。PT有RS232/422/485通訊口,能夠兼容眾多廠家的PLC。人機(jī)界面應(yīng)用程序可脫機(jī)編制和調(diào)試,然后下載到PT上運(yùn)行,PLC一般通過RS232接口與PT相連。許多PT還配備并行接口,可直接與打印機(jī)連接,實(shí)時(shí)打印數(shù)據(jù)或進(jìn)行屏幕拷貝。
2.5網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與聯(lián)網(wǎng)功能靈活的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和強(qiáng)大的聯(lián)網(wǎng)功能是高端PLC的重要特征。OMRON高端PLC配有標(biāo)準(zhǔn)RS232接口連接觸摸屏人機(jī)界面、上位機(jī)或編程工作站。還可擴(kuò)展DeviceNet通信單元,使各種符合DeviceNet通信協(xié)議的產(chǎn)品都可以連入系統(tǒng)中,以構(gòu)成基于DeviceNet開放式現(xiàn)場總線的數(shù)控系統(tǒng);系統(tǒng)與車間管理層計(jì)算機(jī)及車間其它高端PLC的連接可以采用ControllerLink方式,在PLC中擴(kuò)展ControllerLink通信單元,車間管理層計(jì)算機(jī)裝備ControllerLink支持卡即可實(shí)現(xiàn)互連,由底層DeviceNet設(shè)備、基于高端PLC的數(shù)控系統(tǒng)或其它測控設(shè)備和車間管理層計(jì)算機(jī)構(gòu)成3層遞階結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng)。高端PLC一般都可配置符合TCP/IP協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)單元,全面支持遠(yuǎn)程監(jiān)控等應(yīng)用。
[關(guān)鍵詞]數(shù)控系統(tǒng)伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)
中圖分類號(hào)：TP2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671－7597(2008)0820116－01
近年來，伺服電機(jī)控制技術(shù)正朝著交流化、數(shù)字化、智能化三個(gè)方向發(fā)展。作為數(shù)控機(jī)床的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，伺服系統(tǒng)將電力電子器件、控制、驅(qū)動(dòng)及保護(hù)等集為一體，并隨著數(shù)字脈寬調(diào)制技術(shù)、特種電機(jī)材料技術(shù)、微電子技術(shù)及現(xiàn)代控制技術(shù)的進(jìn)步，經(jīng)歷了從步進(jìn)到直流，進(jìn)而到交流的發(fā)展歷程。本文對其技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢作簡要探討。
一、數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)
（一）開環(huán)伺服系統(tǒng)。開環(huán)伺服系統(tǒng)不設(shè)檢測反饋裝置，不構(gòu)成運(yùn)動(dòng)反饋控制回路，電動(dòng)機(jī)按數(shù)控裝置發(fā)出的指令脈沖工作，對運(yùn)動(dòng)誤差沒有檢測反饋和處理修正過程，采用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)器件，機(jī)床的位置精度完全取決于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角精度和機(jī)械部分的傳動(dòng)精度，難以達(dá)到比較高精度要求。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不可能很高，運(yùn)動(dòng)部件的速度受到限制。但步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、成本低，且其控制電路也簡單。所以開環(huán)控制系統(tǒng)多用于精度和速度要求不高的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床。
（二）全閉環(huán)伺服系統(tǒng)。閉環(huán)伺服系統(tǒng)主要由比較環(huán)節(jié)、伺服驅(qū)動(dòng)放大器，進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)裝置和直線位移測量裝置組成。對機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的移動(dòng)量具有檢測與反饋修正功能，采用直流伺服電動(dòng)機(jī)或交流伺服電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)部件。可以采用直接安裝在工作臺(tái)的光柵或感應(yīng)同步器作為位置檢測器件，來構(gòu)成高精度的全閉環(huán)位置控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的直線位移檢測器安裝在移動(dòng)部件上，其精度主要取決于位移檢測裝置的精度和靈敏度，其產(chǎn)生的加工精度比較高。但機(jī)械傳動(dòng)裝置的剛度、摩擦阻尼特性、反向間隙等各種非線性因素，對系統(tǒng)穩(wěn)定性有很大影響，使閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)安裝調(diào)試比較復(fù)雜。因此只是用在高精度和大型數(shù)控機(jī)床上。
（三）半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的工作原理與全閉環(huán)伺服系統(tǒng)相同，同樣采用伺服電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)部件，可以采用內(nèi)裝于電機(jī)內(nèi)的脈沖編碼器，無刷旋轉(zhuǎn)變壓器或測速發(fā)電機(jī)作為位置/速度檢測器件來構(gòu)成半閉環(huán)位置控制系統(tǒng)，其系統(tǒng)的反饋信號(hào)取自電機(jī)軸或絲桿上，進(jìn)給系統(tǒng)中的機(jī)械傳動(dòng)裝置處于反饋回路之外，其剛度等非線性因素對系統(tǒng)穩(wěn)定性沒有影響，安裝調(diào)試比較方便。機(jī)床的定位精度與機(jī)械傳動(dòng)裝置的精度有關(guān)，而數(shù)控裝置都有螺距誤差補(bǔ)償和間隙補(bǔ)償?shù)软?xiàng)功能，在傳動(dòng)裝置精度不太高的情況下，可以利用補(bǔ)償功能將加工精度提高到滿意的程度。故半閉環(huán)伺服系統(tǒng)在數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用很廣。
二、伺服電機(jī)控制性能優(yōu)越
（一）低頻特性好。步進(jìn)電機(jī)易出現(xiàn)低速時(shí)低頻振動(dòng)現(xiàn)象。交流伺服電機(jī)不會(huì)出現(xiàn)此現(xiàn)象，運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可涵蓋機(jī)械的剛性不足，并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機(jī)能，可檢測出機(jī)械的共振點(diǎn)，便于系統(tǒng)調(diào)整。
（二）控制精度高。交流伺服電機(jī)的控制精度由電機(jī)軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證。例如松下全數(shù)字式交流伺服電機(jī)，對于帶17位編碼器的電機(jī)而言，驅(qū)動(dòng)器每接收217=131072個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)一圈，即其脈沖當(dāng)量為360°/131072=9.89秒。是步距角為1.8°的步進(jìn)電機(jī)的脈沖當(dāng)量的1/655。
（三）過載能力強(qiáng)。步進(jìn)電機(jī)不具有過載能力，為了克服慣性負(fù)載在啟動(dòng)瞬間的慣性力矩，選型時(shí)需要選取額定轉(zhuǎn)矩比負(fù)載轉(zhuǎn)矩大很多的電機(jī)，造成了力矩浪費(fèi)的現(xiàn)象。而交流伺服電機(jī)具有較強(qiáng)的過載能力，例如松下交流伺服系統(tǒng)中的伺服電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩達(dá)到額定轉(zhuǎn)矩的三倍，可用于克服啟動(dòng)瞬間的慣性力矩。
（四）速度響應(yīng)快。步進(jìn)電機(jī)從靜止加速到額定轉(zhuǎn)速需要200～400毫秒。交流伺服系統(tǒng)的速度響應(yīng)較快，例如松下MSMA400W交流伺服電機(jī)，從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速僅需幾毫秒。
（五）矩頻特性佳。步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)轉(zhuǎn)矩會(huì)急劇下降，所以其最高工作轉(zhuǎn)速一般在300～600RPM。交流伺服電機(jī)為恒力矩輸出，即在其額定轉(zhuǎn)速（一般為2000RPM或3000RPM）以內(nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩。
三、伺服電機(jī)控制展望
（一）伺服電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)加工技術(shù)的高速高精化。80年代以來，數(shù)控系統(tǒng)逐漸應(yīng)用伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)器件。交流伺服電機(jī)內(nèi)是無刷結(jié)構(gòu)，幾乎不需維修，體積相對較小，有利于轉(zhuǎn)速和功率的提高。目前交流伺服系統(tǒng)已在很大范圍內(nèi)取代了直流伺服系統(tǒng)。在當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)中，交流伺服取代直流伺服、軟件控制取代硬件控制成為了伺服技術(shù)的發(fā)展趨勢。由此產(chǎn)生了應(yīng)用在數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給和主軸裝置上的交流數(shù)字驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。隨著微處理器和全數(shù)字化交流伺服系統(tǒng)的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的計(jì)算速度大大提高，采樣時(shí)間大大減少。硬件伺服控制變?yōu)檐浖欧刂坪?，大大地提高了伺服系統(tǒng)的性能。例如OSP-U10/U100網(wǎng)絡(luò)式數(shù)控系統(tǒng)的伺服控制環(huán)就是一種高性能的伺服控制網(wǎng)，它對進(jìn)行自律控制的各個(gè)伺服裝置和部件實(shí)現(xiàn)了分散配置，網(wǎng)絡(luò)連接，進(jìn)一步發(fā)揮了它對機(jī)床的控制能力和通信速度。這些技術(shù)的發(fā)展，使伺服系統(tǒng)性能改善、可靠性提高、調(diào)試方便、柔性增強(qiáng)，大大推動(dòng)了高精高速加工技術(shù)的發(fā)展。
另外，先進(jìn)傳感器檢測技術(shù)的發(fā)展也極大地提高了交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能和定位精度。交流伺服電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)一般選用無刷旋轉(zhuǎn)變壓器、混合型的光電編碼器和絕對值編碼器作為位置、速度傳感器，其傳感器具有小于1μs的響應(yīng)時(shí)間。伺服電動(dòng)機(jī)本身也在向高速方向發(fā)展，與上述高速編碼器配合實(shí)現(xiàn)了60m/min甚至100m/min的快速進(jìn)給和1g的加速度。為保證高速時(shí)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)更加平滑，改進(jìn)了電動(dòng)機(jī)的磁路設(shè)計(jì)，并配合高速數(shù)字伺服軟件，可保證電動(dòng)機(jī)即使在小于1μm轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)也顯得平滑而無爬行。
（二）交流直線伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)進(jìn)給技術(shù)已趨成熟。數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)有“旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)＋精密高速滾珠絲杠”和“直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)”兩種類型。傳統(tǒng)的滾珠絲杠工藝成熟加工精度較高，實(shí)現(xiàn)高速化的成本相對較低，所以目前應(yīng)用廣泛。使用滾，珠絲杠驅(qū)動(dòng)的高速加工機(jī)床最大移動(dòng)速度90m/min，加速度1.5g。但滾珠絲杠是機(jī)械傳動(dòng)，機(jī)械元件間存在彈性變形、摩擦和反向間隙，相應(yīng)會(huì)造成運(yùn)動(dòng)滯后和非線性誤差，所以再進(jìn)一步提高滾珠絲杠副移動(dòng)速度和加速度比較難了。90年代以來，高速高精的大型加工機(jī)床中，應(yīng)用直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)方式。它比滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)具有剛度更高、速度范圍更寬、加速特性更好、運(yùn)動(dòng)慣量更小、動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能更佳，運(yùn)行更平穩(wěn)、位置精度更高等優(yōu)點(diǎn)。且直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，不需中間機(jī)械傳動(dòng)，減小了機(jī)械磨損與傳動(dòng)誤差，減少了維護(hù)工作。直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)與滾珠絲杠傳動(dòng)相比，其速度提高30倍，加速度提高10倍，最大達(dá)10g，剛度提高7倍，最高響應(yīng)頻率達(dá)100Hz，還有較大的發(fā)展余地。當(dāng)前，在高速高精加工機(jī)床領(lǐng)域中，兩種驅(qū)動(dòng)方式還會(huì)并存相當(dāng)長一段時(shí)間，但從發(fā)展趨勢來看，直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)所占的比重會(huì)愈來愈大。種種跡象表明，直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)在高速高精加工機(jī)床上的應(yīng)用已進(jìn)入加速增長期。
參考文獻(xiàn)：
[1]《交流伺服電機(jī)控制技術(shù)的研究》，中國測試技術(shù)，鄭列勤，2006.5.
