1．伺服系統(tǒng)的作用
    根據(jù)第1章所述，伺服系統(tǒng)是指以機(jī)械位置或角度作為控制對(duì)象的自動(dòng)控制系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)按調(diào)節(jié)理論分為開(kāi)環(huán)、閉環(huán)、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)；機(jī)床按伺服電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型分為直流、交流伺服系統(tǒng)；按驅(qū)動(dòng)軸類(lèi)型分為主軸、機(jī)床電器進(jìn)給伺服系統(tǒng)。本機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)為半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。位置檢測(cè)元件不直接安裝在進(jìn)給坐標(biāo)的最終運(yùn)動(dòng)部件上，而是中間經(jīng)過(guò)機(jī)械傳動(dòng)部件的位置轉(zhuǎn)換，稱(chēng)為間接測(cè)量。亦即坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)鏈有一部分在位置閉環(huán)以外，在環(huán)外的傳動(dòng)誤差沒(méi)有得到系統(tǒng)的補(bǔ)償，因而這種伺服系統(tǒng)的精度低于閉環(huán)系統(tǒng)。但由于環(huán)內(nèi)不包括絲杠螺母副及工作臺(tái)，所以可以獲得比較穩(wěn)定的控制特性。
    在數(shù)控機(jī)床中，主軸、進(jìn)給伺服系統(tǒng)指主軸的速度控制系統(tǒng)和各坐標(biāo)軸進(jìn)給驅(qū)動(dòng)的位置控制系統(tǒng)。主軸伺服系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，提供切削過(guò)程中的轉(zhuǎn)矩和功率，機(jī)床電器且保證任意轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，完成在轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的無(wú)級(jí)變速。進(jìn)給伺服系統(tǒng)接受來(lái)自CNC裝置的進(jìn)給脈沖，經(jīng)變換和放大，再驅(qū)動(dòng)各加工坐標(biāo)軸按指令脈沖運(yùn)動(dòng)。這些軸帶動(dòng)工作臺(tái)，通過(guò)幾個(gè)坐標(biāo)軸的綜合聯(lián)動(dòng)，使刀具相對(duì)于工件產(chǎn)機(jī)床生各種復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，加工出所要求的復(fù)雜形狀工件。
    2．伺服驅(qū)動(dòng)元件的型號(hào)
    本機(jī)床進(jìn)給軸所用電動(dòng)機(jī)是永磁式交流同步伺服電動(dòng)機(jī)，主軸電動(dòng)機(jī)選用感應(yīng)式交流異步伺服電動(dòng)機(jī)。直流伺服電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速性能，但由于它的電刷和換向器容易磨損，有時(shí)產(chǎn)生火花，電動(dòng)機(jī)的最高速度受到限制，且直流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高，所以在使用上受到一定的限制。機(jī)床電器在某些場(chǎng)合下，直流伺服電動(dòng)機(jī)已逐漸被交流伺服電動(dòng)機(jī)代替。交流伺服電動(dòng)機(jī)無(wú)電刷、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、輸出功率較大，因而在數(shù)控機(jī)床上已被廣泛應(yīng)用。
    加工中心的控制系統(tǒng)是復(fù)雜的自動(dòng)控制系統(tǒng)，它是CNC、PLC、伺服控制器及液壓控制元件、電器元件的組合系統(tǒng)。在更換了數(shù)控系統(tǒng)之后，電氣系統(tǒng)需要進(jìn)行較大程度的修改。PLC是內(nèi)置式，CNC系統(tǒng)是大板式結(jié)構(gòu)，仔細(xì)研究各控制部件的說(shuō)明書(shū)，熟悉CNC及伺服控制器的機(jī)床各接口及引腳的功能，對(duì)液壓系統(tǒng)的動(dòng)作順序進(jìn)行設(shè)計(jì)。
    1．加工中心PLC的特點(diǎn)
    J50M數(shù)控裝置的PLC屬于內(nèi)置型PLC，該類(lèi)型是專(zhuān)為實(shí)現(xiàn)加工中心順序控制面設(shè)計(jì)•制造的，它從屬于CNC裝置，PLC與NC間的信號(hào)傳送在CNC裝置內(nèi)部就可完成，而PLC與機(jī)床側(cè)的信息傳送則要通過(guò)輸入／輸出接口來(lái)完成。其特點(diǎn)如下：
    1)內(nèi)置型PLC實(shí)際上是作為CNC裝置帶有的PLC功能機(jī)床電器，一般作為一種基本功能提供給用戶。
    2)內(nèi)置型PLC的性能指標(biāo)是根據(jù)所從屬的CNC系統(tǒng)的規(guī)格、性能、適用機(jī)床的類(lèi)型等確定的，其硬件和軟件部分被作為CNC系統(tǒng)的基本功能或附屬功能與CNC系統(tǒng)一起統(tǒng)一設(shè)計(jì)制造。因此，系統(tǒng)的軟件和硬件整體結(jié)構(gòu)十分緊湊，PLC所具有的功能針對(duì)性強(qiáng)，技術(shù)指標(biāo)較合理、實(shí)用，較適合于單臺(tái)數(shù)控機(jī)床的場(chǎng)合。
    3)在系統(tǒng)機(jī)構(gòu)上，內(nèi)置型PLC既機(jī)床可以與CNC共用一個(gè)CPU，也可以單獨(dú)使用一個(gè)CPU，此時(shí)的PLC對(duì)外有單獨(dú)配置的輸入／輸出電路，而不使用CNC裝置的輸yk／輸出電路。
    4)采用內(nèi)置型的PLC，擴(kuò)大了CNC內(nèi)部直接處理的通信窗口功能，可以使用梯形圖的編輯、傳送等高級(jí)控制功能，且成本低，提高了CNC的性能價(jià)格比。
    通過(guò)編程能完成機(jī)床需要的各類(lèi)順序控制功能。機(jī)床電器NC和JSD模式可很方便地選擇和切換，PLC程序可用CRT面板進(jìn)行編輯。
    2．PLC參數(shù)的設(shè)計(jì)
    J50M數(shù)控裝置的PLC參數(shù)主要包括以下內(nèi)容：
    (1)控制方式。掃描方式。
    (2)處理時(shí)間。大約2．7~ts／步；高速掃描時(shí)間：8ms；低速掃描時(shí)間：8msX n(n由總的程序容量確定)。
    (3)程序存儲(chǔ)容量。存儲(chǔ)元件：EEPROM(1024KB)；基本：64KB(1EPROM)(對(duì)應(yīng)大約16000步基本命令)。
    (4)命令語(yǔ)句的格式�；�本指令59種，機(jī)床其中，機(jī)床電器繼電器指令13種，寄存器指令37種，定時(shí)器指令2種，控制指令7種；用戶宏指令13種。
    指令代碼說(shuō)明：
    SUBP005計(jì)數(shù)器增、減計(jì)數(shù)，預(yù)置計(jì)數(shù)，循環(huán)記數(shù)；記數(shù)范圍為0—9999；
    SUBP006旋轉(zhuǎn)控制；
    SUBP007代碼轉(zhuǎn)換；
    SUBP009模式清除；
    SUBP011校核；
    SUBP014數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；
    SUBP017數(shù)據(jù)查找；
    SUBP018索引數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移。
    用上述9種宏指令時(shí)，還要用到下面的4種輔助指令
    PISH設(shè)置SUBP指令所用的數(shù)值；
    APSH設(shè)置SUBP指令所用的寄存器地址；
    PUSH設(shè)置SUBP指令所用的寄存器地址；
    TPSH設(shè)置SUBP指令所用的可編程機(jī)床控制器表的表號(hào)。
    (5)程序功能
    內(nèi)部繼電器：4000點(diǎn)
    寄存器：500個(gè)(8位外)
    (1~2_k地址是重復(fù)的，已作寄存器地址的，機(jī)床電器不可用作繼電器地址，反之亦然)
    定時(shí)器：94點(diǎn)(5類(lèi))
    8ms”2．4s    20點(diǎn)
    50ms”12．75s    30點(diǎn)
    lOOms”25．5s    30，點(diǎn)
    1—255s    10點(diǎn)
    1—255min    4點(diǎn)
    順序控制參數(shù)：100個(gè)(8位／個(gè))
    保持型繼電器：7200點(diǎn)
    保持型存儲(chǔ)器：900個(gè)(8位／個(gè))
    (以上地址是重復(fù)的，已作寄存器機(jī)床地址的，不可用作繼電器地址，反之亦然)
    (6)輸入、輸出說(shuō)明標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出板<FC810(FC860)>直流輸入：112點(diǎn)，非接觸輸出：96點(diǎn)<FC861>直流輸入：64點(diǎn)，非接觸輸出：56點(diǎn)CBT面板內(nèi)帶的輸入輸出板<SP50-1>直流輸入：64點(diǎn)，非接觸輸出：32點(diǎn)<$P50～2>直流輸入：64點(diǎn)，非接觸輸出：56點(diǎn)(本機(jī)床使用)
    3。PLC內(nèi)部地址號(hào)
    PLC的輸入／輸出信號(hào)、內(nèi)部繼電器、定時(shí)器以及帶電池的存儲(chǔ)器等都被指定了相應(yīng)的地址號(hào)。
    先配置總線參數(shù)，使數(shù)控系統(tǒng)各硬件模塊與主機(jī)的通信處于“B_UN”狀態(tài)。進(jìn)人參數(shù)設(shè)定界面后，先在機(jī)床通用參數(shù)界面設(shè)定機(jī)床所有物理軸的通道和軸名稱(chēng)，然后在通道參數(shù)界面分別機(jī)床電器設(shè)定通道名、幾何軸名稱(chēng)、機(jī)床存在軸的序號(hào)、編程軸的名稱(chēng)等數(shù)據(jù)。最后，在軸參數(shù)界面設(shè)定各個(gè)軸的具體數(shù)據(jù)，如速度、行程、參考點(diǎn)、絲杠螺距、傳動(dòng)比、位置到位寬度、位置增益、加減速時(shí)間等。在設(shè)置的時(shí)候，機(jī)床按照機(jī)床的功能和性能要求，對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定和調(diào)整。PLC程序調(diào)試對(duì)主軸自動(dòng)換檔、自動(dòng)換刀和工作臺(tái)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)等進(jìn)行調(diào)試。
    升級(jí)改造是經(jīng)濟(jì)型改造，因此在改造前首先對(duì)機(jī)床的原始資料(使用說(shuō)明書(shū)、操作編程手冊(cè)等)進(jìn)行深入分析，制定了改造的方案及步驟。根據(jù)機(jī)床功能擴(kuò)展的要求選擇了數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)；對(duì)原機(jī)床的電氣部分進(jìn)行徹底改造，根據(jù)機(jī)床的結(jié)構(gòu)選擇了具有X、Y、Z、A四個(gè)坐標(biāo)軸控制能力、價(jià)位相對(duì)合理、機(jī)床電器可靠性較高的日本安川公司的CNC控制器及該公司的伺服控制系統(tǒng)替代機(jī)床現(xiàn)有的控制裝置。針對(duì)機(jī)床特點(diǎn)機(jī)床對(duì)伺服控制器的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行了設(shè)定，針對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了整個(gè)機(jī)床電器原理圖的設(shè)計(jì)及PLC邏輯控制程序的設(shè)計(jì)，最后進(jìn)行了機(jī)床各部分的調(diào)試。
    經(jīng)過(guò)這次改造，該加工中心完全能滿足公司提出的各項(xiàng)技術(shù)要求及新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的需要，機(jī)床電器大大縮短了產(chǎn)品研發(fā)周期，為公司產(chǎn)品贏得市場(chǎng)爭(zhēng)取了時(shí)間。