數(shù)控產(chǎn)品電氣部分的模塊化設(shè)計(jì)與調(diào)試

羅 濤

（沈陽優(yōu)尼斯智能裝配有限公司 遼寧 沈陽 110142）

1 引言

國內(nèi)的數(shù)控產(chǎn)品在不斷的增加，同時(shí)數(shù)控產(chǎn)品憑著它高效、高精密的特點(diǎn)，在市場上越來越受到客戶的喜歡，而數(shù)控的產(chǎn)品也越來越多樣化和多元化，例如數(shù)控車、立/臥式加工中心、組/專機(jī)等。在國際數(shù)控產(chǎn)品領(lǐng)域，對(duì)數(shù)控電氣系統(tǒng)的規(guī)定沒有詳細(xì)、統(tǒng)一的要求，沒有相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，只是根據(jù)產(chǎn)品的需求或者客戶的要求進(jìn)行自主設(shè)計(jì)與研發(fā)，而有些公司與中間環(huán)節(jié)，為了方便客戶的使用和產(chǎn)品的運(yùn)行，會(huì)根據(jù)客戶的要求到現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)試和維修，調(diào)試人員在現(xiàn)場時(shí)候需要去對(duì)不同產(chǎn)品都需要了解，這種情況就會(huì)造成產(chǎn)品的不同對(duì)質(zhì)量的影響，我廠自主設(shè)計(jì)立式加工中心在調(diào)試電氣系統(tǒng)時(shí)候?qū)崿F(xiàn)了模塊化和統(tǒng)一性，這種產(chǎn)品為VDL/VDF系列的。

我廠的VDIMVDF系列的產(chǎn)品種類很多，數(shù)量達(dá)到十幾個(gè)，前期的設(shè)計(jì)沒有進(jìn)行規(guī)范性，根據(jù)設(shè)計(jì)人員自己的調(diào)試與設(shè)計(jì)進(jìn)行生產(chǎn)，這樣就會(huì)導(dǎo)致每個(gè)設(shè)備的原理圖和梯形圖不同，機(jī)床的負(fù)責(zé)程度也會(huì)隨之改變，調(diào)試人員的工作量也會(huì)增加，因?yàn)樾枰涀∶糠N機(jī)床的I/O地址分配、M代碼、報(bào)警信息、參數(shù)、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等的定義，這樣在實(shí)際調(diào)試或者生產(chǎn)時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，把這臺(tái)設(shè)備的原理圖應(yīng)用在其他設(shè)備上了，不利于后期的維修，針對(duì)于這個(gè)缺點(diǎn)，通過我廠人員不斷的努力，本著把產(chǎn)品做大做強(qiáng)理念，將產(chǎn)品進(jìn)行歸類模塊化，將統(tǒng)一的和相近的進(jìn)行合并統(tǒng)一，為管理和調(diào)試提供便利。

如果要實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)，就需要將圖紙、梯形圖以及說明書進(jìn)行歸類設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一，對(duì)于機(jī)床的設(shè)計(jì)，從整體上來說，機(jī)床包含3個(gè)直線軸，1個(gè)主軸，冷卻、排屑、潤滑和刀庫電動(dòng)機(jī)，同時(shí)還有輸出面板。根據(jù)不同用戶的需求可以對(duì)機(jī)床進(jìn)行選配，例如增加旋轉(zhuǎn)軸(數(shù)控或分度轉(zhuǎn)臺(tái))、大流量沖屑器、液壓站和機(jī)械手電動(dòng)機(jī)(刀臂式刀庫用)。機(jī)床配置情況比較見表1。

表1 機(jī)床配置情況對(duì)比

2 圖紙的模塊化設(shè)計(jì)

數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)中的圖紙類型有電氣原理圖、操作臺(tái)圖紙、電器柜圖紙、電器安裝位置圖。對(duì)于我廠的VDL/VDF系列產(chǎn)品，它與其他生產(chǎn)廠的不同之處在于刀庫類型，刀庫類型分為圓盤式或者刀臂式，這兩種類型的刀庫需要的PLC也不同。

雖然如此，在一些關(guān)鍵位置不能進(jìn)行統(tǒng)一，但也需要對(duì)其他元件和產(chǎn)品進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。例如：數(shù)控設(shè)備的控制系統(tǒng)是一樣的，電氣原理圖(按功能最全最多設(shè)計(jì)，外圍I/O地址分配完全一樣)，也是一樣的，那么在說明書或者關(guān)鍵文件中可以利用少量文字進(jìn)行說明，避免使用圖紙或者新的說明書，將其通用化，元件統(tǒng)一化，操作面板按照功能最全的形式設(shè)計(jì)。

3 梯形圖的模塊化設(shè)計(jì)

將設(shè)備的設(shè)計(jì)和原價(jià)統(tǒng)一后，需要對(duì)設(shè)備電氣系統(tǒng)的梯形圖進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過設(shè)備的電氣控制、換刀的控制方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，排除這兩點(diǎn)之外的是相同的，可以通過劃分模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。如果機(jī)床電氣系統(tǒng)中具有相同的部分，那么PLC系統(tǒng)中的梯形圖就可以對(duì)主程序無條件的使用，并且PLC開關(guān)或者K參數(shù)是控制功能模塊的。根據(jù)這些設(shè)計(jì)理念，可以編寫FANUC和三菱兩種梯形圖，這兩套可以實(shí)現(xiàn)共用，將操作面板、主軸、3個(gè)直線進(jìn)給軸、冷卻、潤滑、排屑這些控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)梯形圖同時(shí)使用。選擇模塊有：刀臂刀庫、圓盤刀庫、沖屑、液壓站、主軸高/低檔、主軸星/角切換等。利用三菱公司的PLC開關(guān)或FANUC公司K參數(shù)控制選擇部分。如果選擇功能應(yīng)用在機(jī)床設(shè)備上之后，就可以將開關(guān)或者參數(shù)的初始狀態(tài)設(shè)置為“1”，設(shè)備的PLC就會(huì)根據(jù)設(shè)置進(jìn)行梯形圖處理，如果開關(guān)的值變?yōu)椤?”時(shí)，PLC將不處理梯形圖，如果開關(guān)或者參數(shù)的初始狀態(tài)設(shè)置為“0”時(shí)，說明該機(jī)床不具備該功能。

根據(jù)上邊的設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)思路，編織制梯圖后，在對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試和修改完善的時(shí)候由設(shè)計(jì)人員和進(jìn)行全程跟蹤，最后還需要編寫原理圖和梯圖以及相應(yīng)的調(diào)試手冊(cè)，列出了機(jī)床的I/O地址分配表、M代碼、報(bào)警信息、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器及K參數(shù)的定義和標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定值，同時(shí)將機(jī)床調(diào)試中常用的系統(tǒng)信號(hào)列表，將常用的參數(shù)定義及標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定值附在后面，成為一本較完整的手冊(cè)。其目的在于：除了系統(tǒng)和電動(dòng)機(jī)硬件故障報(bào)警需查閱系統(tǒng)資料外，調(diào)試或處理一般的報(bào)警時(shí)，只需要該手冊(cè)就可以了。經(jīng)過不斷的努力和完善，VDL/VDF系列產(chǎn)品是我廠設(shè)計(jì)研發(fā)的一種標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，電氣部分實(shí)現(xiàn)互換性和統(tǒng)一性，原理圖/梯圖/說明書都是共用的，對(duì)產(chǎn)品使用者和設(shè)備調(diào)試者提供了很大的便捷，提高了生產(chǎn)效率。

4 使用說明書的統(tǒng)一

在設(shè)備設(shè)計(jì)與生產(chǎn)完成，需要編寫相應(yīng)的電氣說明書，它的使用是為了方便客戶在使用設(shè)備時(shí)候了解設(shè)備，說明書的內(nèi)容是非常重要的，包括：機(jī)床的使用環(huán)境、基本的操作方法、操作面板的定義、報(bào)警內(nèi)容及處理方法、主要電氣元件清單(型號(hào)及生產(chǎn)廠家)等。同一生產(chǎn)廠家，同一型號(hào)的設(shè)備，應(yīng)用的說明書是一樣的，在說明書的目錄會(huì)體現(xiàn)不同產(chǎn)品的基本配置和使用要求，對(duì)于一些特定的客戶，它的要求會(huì)高于普通設(shè)備，需要使用者在附錄中說明需求，加工商會(huì)根據(jù)要求進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)和獨(dú)立編寫說明書，同時(shí)出廠的設(shè)備還需要配帶設(shè)備的電氣原理圖和主要元件的安裝圖。通過對(duì)電氣設(shè)備前期的分類和單獨(dú)組裝，可以將電氣部分進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，將一些共同元件和共同原理圖的部分進(jìn)行分類設(shè)計(jì)，最后上升到設(shè)備圖紙和梯圖的模塊化，模塊化的應(yīng)用在加工中心的設(shè)計(jì)上尤為突出。對(duì)于一個(gè)行業(yè)和一種設(shè)備，要想達(dá)到最頂峰，最好的辦法就是進(jìn)行整合統(tǒng)一，如何實(shí)現(xiàn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn)，需要所有技術(shù)人員和研發(fā)人員去共同努力，將數(shù)控產(chǎn)品進(jìn)行國標(biāo)化和行業(yè)化，最后實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一。

[1] FANUC學(xué)校CNC初級(jí)教程，B-10072/07.

[2]數(shù)控車床模塊化設(shè)計(jì)的應(yīng)用及探討.《機(jī)械工程師》，2010(6)：90-91.

[3]數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)，化學(xué)工業(yè)出版社.