1 磨削控制系统的设计
控制系统主要由 s i numer i k 840d数控系统、 伺服系统、 速度和位置检测系统等组成. 系统原理框图如图 1所示.
可编程控制器( plc )和数控( nc)是控制系统的核心.根据加工程序段指令进行实时插补与机床位置伺服控制,同时将辅助动作指令通过 plc发往机床,并接受通过可编程控制器返回机床各部分信息, 以决定下一步工作.本机床要求 nc可控制五个轴(三个进给轴 x、 y、 c,二个旋转轴 a、 b )[ 2- 3].
控制系统是由数控单元、 驱动单元、 plc模块以及人机界面等几部分组成.
数字操控单元 ncu (numerical con t ro lun i t )是 si numer i k 840d数控体系的操控中间和信息处理中间,数控体系的直线插补、 圆弧插补等轨道运算和操控、plc体系的算术运算和逻辑运算都是由 ncu完结的.
驱动单元为 s i modrive 611d. 611d数字驱动是新一代数字操控总线驱动的沟通驱动, 它分为双轴模块和单轴模块两种,相应的进给伺服电机可采用 1ft6或许 1fk6系列, 编码器信号为 1v pp正弦波,可完成全闭环操控.本伺服体系中共有 5个轴,因而我们选用两个双轴模块和一个单轴模块.
plc使用的是西门子 si mat ic s7 -300的软件及模块, 在同一条导轨上从左到右依次为电源模块( ps) ,接口模块( i m) ,信号模块( sm) . plc的 cp u与 nc的 cp u是集成在 ncu中的. 电源模块为 plc和nc提供+ 24 v和+ 5 v电源; 接口模块用于级之间的互连.
人机界面mmc (man machine communicati on)包括:人机通信*处理单元 mmc-cpu、 操作员面板op(operation pane l )、 机床操作面板mcp(mach i ne contro lpanel ) .
2 系统加工原理
在对高精度的光学元件进行精密加工过程中, 仅仅进行一次加工是无法达到精度要求的.系统还要按
照要求对工件进行补偿加工,从而完成精度的要求.
2 . 1 初始加工原理
加工时,以轴对称非球面工件中心为起始点,加工点沿轴对称非球面母线运动,同时工件绕其旋转轴旋转, 这样在工件表面形成了螺旋状的加工轨迹.工件表面加工轨迹俯视图如图 2所示.
2 . 2 补偿加工原理
补偿加工轨迹示意图如图 3所示.补偿加工前,要根据砂轮的初始加工轨迹,拟合出一条连续的误差曲线, 拟合曲线与理想轨迹(由非球面公式计算得到)之差就是补偿加工的进给量.
3 大口径非球面磨削控制系统的软件设计
在磨削控制系统中, plc主要完成控制软件功能, 而 840d数控系统主要完成管理软件的功能, 不论是 plc,还是数控系统, 均需合理的编写程序.控制系统软件设计主要包括 plc控制程序的设计和 cnc程序的设计[ 4- 5].
3 . 1 软件配置
西门子 840d的系统软件结构很大程度取决于硬件组成, 840d继承了框架式数控系统的传统,采用一体化框架多 cpu模块组成.机床采用西门子 sinumerik 840d数控系统的系统软件 840dv6 . 2 .该系统软件的构成如图 4所示.
mmc-cpu基于人机界面设计,负责输入、 显示输出等,系统软件为w i ndow s操作系统,便于与外部软硬件的接口,统一的通讯协议,并可以担当复杂数学运算, 提供良好其他高级编程语言的平台. nc-cpu基于数控运算控制. plc-cp u由西门子可编程器 s tep7设计,负责机床运动控制, 主要参与逻辑开关量的控制,完成机床的辅助协调控制. csb-cpu基于多 cp u并行运行的控制理念,负责 cp u之间的协调工作.
3 . 2 plc程序的软件设计
西门子 840d数控系统的 plc设计是采用 step7语言嵌入 840d中, step7编程软件的结构秉承了西门子硬件的设计思想,仍然采用模块化结构[ 6], plc控制回路连接图如图 5所示.
大口径非球面光学元件的磨削主要分为两部分:曲线计算和磨削控制. 系统控制流程如图 6所示.
4 结语本文完成了系统的软、 硬件设计.实现了手持单元, 系统上下电等控制功能. 由于整个控制所需的各功能都是由 plc来实现的,因此,大幅度地减小了目标系统的体积, 减少了外部元器件,增加了系统的可靠性. 另外各种功能都是通过软件编程来实现的,因此, 系统具有升级容易、 扩展性好、 维护性好的优点.
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