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  根據PLC、CNC和數控機床的關系，可將PLC分為內裝型PLC和獨立型PLC兩類。        1、內裝型PLC        內裝型PLC從屬于CNC裝置，PLC與CNC間的信號傳送在CNC裝置內部實現。PLC與數控機床之間的信號傳送則通過CNC輸入／輸出接口電路實現，如圖1所示。　　圖1 內裝型PLC、 CNC與數控機床的關系        內裝型PLC具有以下特點：        （1）內裝型PLC實際上是CNC裝置帶有的PLC功能，一般是作為一種基本的功能提供給用戶。        （2）內裝型PLC的性能指標是根據所從屬的CNC系統的規格、性能、適用機床的類型等確定的，其硬件和軟件部分是被作為CNC系統的基本功能或附加功能與CNC系統統一設計制造的，PLC所具有的功能針對性強，技術指標較合理、實用，適用于單臺數控機床及加工中心等場合。        （3）內裝型PLC可與CNC共用CPU，也可單獨使用一個CPU；內裝型PLC一般單獨制成一塊附加板，插裝到CNC主機中。不單獨配備I／O接口，而是使用CNC系統本身的I／O接口；PLC控制部分及部分I／O電路所用電源由CNC裝置提供，不另備電源。        （4）采用內裝型PLC結構，CNC系統可以具有某些**的控制功能，如梯形圖編輯和傳送功能等。        2、獨立型PLC        獨立型PLC是獨立于CNC裝置，具有完備的硬件和軟件功能，能夠獨立完成規定控制任務的裝置。獨立型的PLC與數控機床的關系如圖2所示。 圖2 獨立型PLC、 CNC與數控機床的關系        獨立型PLC具有以下特點：        （1）獨立型PLC本身即是一個完整的計算機系統，具有CPU、程序存貯器、I／O接口通訊接口及電源等。        （2）在數控機床的應用中多采用積木式模塊化結構，具有安裝方便、功能易于擴展和變更等優點。        （3）輸入、輸出點數可以通過輸入、輸出模塊的增減靈活配置，有的還可通過多個遠程終端連接器構成有大量輸入、輸出點的網絡，以實現大范圍的集中控制。

我國數控機床已突破關鍵核心技術，形成一批標志性產品。在航空領域，自主研制了800MN大型模鍛壓機、120MN鋁合金板張力拉伸機等重型鍛壓設備，填補了國內航空領域大型關鍵件整體成形技術空白，為軍機跨代發展和大飛機研制提供了強有力的保障。其中，800MN大型模鍛壓機已實現30余種航空領域鈦合金關鍵件整體成形，120MN級鋁合金寬厚板張力拉伸機生產出的高品質鋁合金厚板已應用于飛機機翼等主承力結構零部件，擺脫了我國大飛機鋁合金厚板完全依賴進口的困境。　　在汽車制造領域，大型快速**數控全自動沖壓生產線在與世界**企業的國際競標中，贏得美國汽車本土工廠生產線的批量訂單，得到了國際同行的認可和尊重。目前，汽車覆蓋件沖壓線國內市場占有率超過70%，全球市場占有率已超過30%，有力地推動了國產汽車裝備自主化。　　在發電設備領域，3.6萬噸黑色垂直金屬擠壓機實現了1000MW超超臨界火電機組所用的國產高端耐熱鋼大口徑厚壁無縫鋼管自主化生產;大型開合式熱處理設備生產出亞洲**的核電整鍛轉子鍛件，形成了大型轉子的批量化生產能力;為三代核電核島和常規島設備研制的超重型數控立式車銑復合加工機床、數控重型橋式龍門五軸聯動車銑復合機床、超重型數控落地銑鏜床、超重型數控臥式鏜車床、專用數控軸向輪槽銑床等，解決了核電壓力容器和吊籃、熱交換器、汽輪機缸體、發電機轉子等加工難題，已在多臺核電裝備上裝機應用。　　首先，中高檔裝備水平迅速提升。目前，大型汽車覆蓋件自動沖壓線等10多類設備已達到國際＊＊水平，完全可實現進口替代。高速龍門五軸加工中心等20多類產品基本達到國際先進水平，具備替代進口產品的水平。精密臥式加工中心形成具有自主知識產權的和柔性制造系統核心技術。高速、復合等高檔數控加工中心已完成階段性研發，但在功能性能、可靠性方面與國際先進水平還存在一定差距。　　其次，數控系統梯次前移。我國在中高檔數控系統研究開發方面取得了長足的進步，2010年以來，已累計在航空航天、能源、船舶、汽車等重點領域實現了3.5萬余臺國產中高檔數控系統配套應用，實現了進口替代。多通道、多軸聯動等高性能數控系統系列產品打破國外技術壟斷，主要技術指標已基本達到國際主流高檔數控系統的水平，實現了為多種高速、精密數控機床配套。高檔數控系統在重點軍工企業實現小批量應用。開發的標準型數控系統實現了批量生產，國內市場占有率從10%提高到25%。形成了數家產業化生產基地，其中廣州數控設備有限公司已形成年產各類數控系統10萬臺的生產能力，產量位居世界第二。　　我國數控系統已初步具備與國外同類產品的競爭能力，并實現了數控系統批量出口，2010——2014年累計出口各類數控系統9600余套，其中五軸聯動數控系統近700套。**，功能部件產品質量水平穩步提高，品種系列不斷完善。國產功能部件已實現與機床主機的批量配套;工具產品已經基本具備為汽車行業提供現代切削工具的能力。數控系統、功能部件和工具與數控機床主機的應用示范和批量配套，有助于形成完整的產業鏈，推動機床產業的結構調整。

機床具有的系統性的機械相關偏差，可以被系統記錄，但由于存在溫度或機械負載等環境因素，在后續使用過程中，偏差仍然可能出現或增加。在這些情況下，SINUMERIK可以提供不同的補償功能。使用實際位置編碼器（如光柵）或額外的傳感器（如激光干涉儀等）獲得的測量值來補償偏差，從而獲得更佳的加工效果。本期給大家介紹一下SINUMERIK常見的補償功能，“CYCLE996 運動測量”等實用的SINUMERIK測量循環可在機床的持續監控與維護過程中為*終用戶提供全面支持。反向間隙補償在機床移動部件和其驅動部件，如滾珠絲杠，之間進行力的傳遞時會產生間斷或者延遲，因為完全沒有間隙的機械結構會顯著增加機床的磨損，而且從工藝上講也是難以實現的。機械間隙導致軸/主軸的運動路徑與間接測量系統的測量值之間存在偏差。這意味著一旦方向改變，軸將移動得過遠或過近，這取決于間隙的大小。工作臺及其相關編碼器也會受到影響：如果編碼器位置＊＊工作臺，它提前到達指令位置這意味著機床實際移動的距離縮短了。在機床運行，通過在相應軸上使用反向間隙補償功能，在換向時，以前記錄的偏差將自動激活，將以前記錄的偏差疊加到實際位置值上。絲杠螺距誤差補償CNC控制系統中間接測量的測量原理基于這樣一個假設：即滾珠絲杠的螺距在有效行程內保持不變，因此在理論上，可以根據驅動電機的運動信息位置推導出直線軸的實際位置。但是，滾珠絲杠的制造誤差會導致測量系統產生偏差（又稱絲杠螺距誤差）。測量偏差（取決于所用測量系統）與測量系統在機床上的安裝誤差（又稱為測量系統誤差）可能進一步加劇此問題。為了補償這兩種誤差，使可使用一套獨立的測量系統（激光測量）測量CNC機床的自然誤差曲線，然后，將所需補償值保存在CNC系統中進行補償。摩擦補償（象限誤差補償）和動態摩擦補償象限誤差補償（又稱為摩擦補償）適合上述所有情況，以便在加工圓形輪廓時大幅提高輪廓精度。原因如下：在象限轉換中，一個軸以**進給速度移動，另一軸則靜止不動。因此，兩軸的不同摩擦行為可能導致輪廓誤差。象限誤差補償可有效地減小此誤差并確保出色的加工效果。補償脈沖的密度可以根據與加速度相關的特征曲線設置，而該特征曲線可通過圓度測試來確定和參數化。在圓度測試中，圓形輪廓的實際位置和編程半徑的偏差（尤其在換向時）被量化的記錄下來，并通過圖形化顯示在人機界面上。在新版本的系統軟件上，集成的動態摩擦補償功能能夠根據機床不同轉速下的摩擦行為進行動態補償，減小實際加工輪廓誤差，實現更高的控制精度。垂度和角度誤差補償如果各機床單個部件的重量會導致活動部件位移和傾斜，則需要進行垂度補償，因為它會導致相關機床部分（包括導向系統）下垂。角度誤差補償則用于當移動軸沒有以正確的角度互相對齊時（例如，垂直）。隨著零點位置的偏移不斷增加，位置誤差也增加。這兩種誤差均由機床的自重，或者刀具和工件重量所導致。在調試時測得的補償值被定量后按照相應的位置以某種形式，如補償表，存儲在SINUMERIK中。在機床運行時，相關軸的位置根據存儲點的補償值進行插補。對于每次連續路徑移動，均存在基本軸與補償軸。溫度補償熱量可能導致機床各部分膨脹。膨脹范圍取決于各機床部分的溫度、導熱率等。不同溫度可能導致各軸的實際位置發生變化，這會對加工中的工件精度產生負面影響。這些實際值變化可以通過溫度補償抵消。各軸在不同溫度的誤差曲線均可定義。為了始終正確補償熱脹，必須通過功能塊不斷從PLC向CNC控制系統重新傳遞溫度補償值、參考位置和線性梯度角參數。意外參數的變化會由控制系統自動消除，從而避免機床過載并激活監控功能。空間誤差補償系統（VCS）回轉軸的位置、它們的相互補償以及刀具定向誤差，可能導致轉頭和回轉頭等部件出現系統性幾何誤差。此外，每個機床中進給軸的導向系統將出現小誤差。對于線性軸，這些誤差為線性位置誤差；水平和垂直直線度誤差；對于旋轉軸，會產生俯仰角、偏航角和翻滾角誤差。將機床組件相互對齊時，可能出現其他誤差。例如，垂直誤差。在三軸機床中，這意味著在刀尖上可能會產生21項個幾何誤差：每個線性軸六個誤差類型乘以三個軸，再加三個角度誤差。這些偏差共同作用形成總誤差，又稱為空間誤差。空間誤差描述了實際機床的刀具中點（TCP）位置與理想無誤差機床的刀具中點位置的偏差。SINUMERIK解決方案合作伙伴能夠借助激光測量設備確定空間誤差。僅測量單個位置的誤差是遠遠不夠的，必須測量整個加工空間內的所有機床誤差。通常需要記錄所有位置的測量值并繪成曲線，因為各誤差大小取決于相關進給軸的位置與測量位置。例如，當y軸與z軸處于不同位置時，導致x軸產生的偏差會不同——即使在x軸的幾乎同一位置也會出現誤差。借助“CYCLE996 –運動測量”，只需幾分鐘即可確定回轉軸誤差。這意味著，可以不斷檢查機床的準確性，如果需要，即使在生產中，也可以校正準確性。偏差補償（動態前饋控制）偏差指在機床軸運動時位置控制器與標準的偏差。軸偏差為機床軸的目標位置與其實際位置的差值。偏差導致與速度相關的不必要輪廓誤差，尤其在輪廓曲率變化時，如圓形、方形輪廓等。憑借零件程序中的NC**語言命令FFWON，在沿路徑移動時，可以將與速度相關的偏差減為零。通過前饋控制提高路徑精度，從而獲得更好的加工效果。FFWON: 啟動前饋控制的命令FFWOF: 關閉前饋控制的命令電子配重補償在極端情況下，為了防止軸下垂而對機床、刀具或工件造成損壞，可以激活電子配重功能。在沒有機械或液壓配重的負載軸中，一旦松開制動器，垂直軸會意外下垂。在激活電子配重后，可以補償意外的軸下垂。在松開制動器后，靠恒定的平衡扭矩來保持下垂軸的位置。

數控機床是一種技術含量很高的機電儀一體化的機床，用戶買到一臺數控機床后，是否正確的安全地開機，調試是很關鍵的一步。這一步的正確與否在很大程序上決定了這臺數控機床能否發揮正常的經濟效率以及它本身的使用壽命，這對數控機床的生產廠和用戶廠都是事關重大的課題。數控機床開機，調試應按下列的步驟進行。1　通電前的外觀檢查機床電器檢查　打開機床電控箱，檢查繼電器，接觸器，熔斷器，伺服電機速度，控制單元插座，主軸電機速度控制單元插座等有無松動，如有松動應恢復正常狀態，有鎖緊機構的接插件一定要鎖緊，有轉接盒的機床一定要檢查轉接盒上的插座，接線有無松動，有鎖緊機構的一定要鎖緊。 CNC電箱檢查　打開CNC電箱門，檢查各類接口插座，伺服電機反饋線插座，主軸脈沖發生器插座，手搖脈沖發生器插座，CRT插座等，如有松動要重新插好，有鎖緊機構的一定要鎖緊。按照說明書檢查各個印刷線路板上的短路端子的設置情況，一定要符合機床生產廠設定的狀態，確實有誤的應重新設置，一般情況下無需重新設置，但用戶一定要對短路端子的設置狀態做好原始記錄。接線質量檢查　檢查所有的接線端子。包括強弱電部分在裝配時機床生產廠自行接線的端子及各電機電源線的接線端子，每個端子都要用旋具緊固一次，直到用旋具擰不動為止，各電機插座一定要擰緊。電磁閥檢查　所有電磁閥都要用手推動數次，以防止長時間不通電造成的動作不良，如發現異常，應作好記錄，以備通電后確認修理或更換。 限位開關檢查　檢查所有限位開關動作的靈活及固定性是否牢固，發現動作不良或固定不牢的應立即處理。按鈕及開關檢查　操作面板上按鈕及開關檢查，檢查操作面板上所有按鈕，開關，指示燈的接線，發現有誤應立即處理，檢查CRT單元上的插座及接線。 地線檢查　要求有良好的地線，測量機床地線，接地電阻不能大于1Ω。電源相序檢查　用相序表檢查輸入電源的相序，確認輸入電源的相序與機床上各處標定的電源相序應**一致。有二次接線的設備，如電源變壓器等，必須確認二次接線的相序的一致性。要保證各處相序的**正確。此時應測量電源電壓，做好記錄。2　機床總電壓的接通接通機床總電源，檢查CNC電箱，主軸電機冷卻風扇，機床電器箱冷卻風扇的轉向是否正確，潤滑，液壓等處的油標志指示以及機床照明燈是否正常，各熔斷器有無損壞，如有異常應立即停電檢修，無異常可以繼續進行。測量強電各部分的電壓特別是供CNC及伺服單元用的電源變壓器的初次級電壓，并作好記錄。 觀察有無漏油，特別是供轉塔轉位、卡緊，主軸換檔的以及卡盤卡緊等處的液壓缸和電磁閥。如有漏油應立即停電修理或更換。3　CNC電箱通電按CNC電源通電按扭，接通CNC電源，觀察CRT顯示，直到出現正常畫面為止。如果出現ALARM顯示，應該尋找故障并排除，此時應重新送電檢查。打開CNC電源，根據有關資料上給出的測試端子的位置測量各級電壓，有偏差的應調整到給定值，并作好記錄。 將狀態開關置于適當的位置，如日本FANUC系統應放置在MDI狀態，選擇到參數頁面。逐條逐位地核對參數，這些參數應與隨機所帶參數表符合。如發現有不一致的參數，應搞清各個參數的意義后再決定是否修改，如齒隙補償的數值可能與參數表不一致，這在進行實際加工后可隨時進行修改。將狀態選擇開關放置在JOG位置，將點動速度放在**檔，分別進行各坐標正反方向的點動操作，同時用手按與點動方向相對應的超程保護開關，驗證其保護作用的可靠性，然后，再進行慢速的超程試驗，驗證超程撞塊安裝的正確性。將狀態開關置于回零位置，完成回零操作，參考點返回的動作不完成就不能進行其它操作。因此遇此情況應首先進行本項操作，然后再進行第4項操作。 將狀態開關置于JOG位置或MDI位置，進行手動變檔試驗，驗證后將主軸調速開關放在**位置，進行各檔的主軸正反轉試驗，觀察主軸運轉的情況和速度顯示的正確性，然后再逐漸升速到**轉速，觀察主軸運轉的穩定性。進行手動導軌潤滑試驗，使導軌有良好的潤滑。 逐漸變化快移超調開關和進給倍率開關，隨意點動刀架，觀察速度變化的正確性。4　MDI試驗測量主軸實際轉速　將機床鎖住開關放在接通位置，用手動數據輸入指令，進行主軸任意變檔，變速試驗，測量主軸實際轉速，并觀察主軸速度顯示值，調整其誤差應限定在5％之內。 進行轉塔或刀座的選刀試驗　其目的是檢查刀座或正、反轉和定位精度的正確性。 功能試驗　根據定貨的情況不同，功能也不同，可根據具體情況對各個功能進行試驗。為防止意外情況發生，**先將機床鎖住進行試驗，然后再放開機床進行試驗。 EDIT功能試驗　將狀態選擇開關置于EDIT位置，自行編制一簡單程序，盡可能多地包括各種功能指令和輔助功能指令，移動尺寸以機床**行程為限，同時進行程序的增加，刪除和修改。 自動狀態試驗　將機床鎖住，用編制的程序進行空運轉試驗，驗證程序的正確性，然后放開機床，分別將進給倍率開關，快速超調開關，主軸速度超調開關進行多種變化，使機床在上述各開關的多種變化的情況下進行充分地運行，后將各超調開關置于100％處，使機床充分運行，觀察整機的工作情況是否正常。

數控機床是數字控制機床（Computer numerical control machine tools）的簡稱，是一種裝有程序控制系統的自動化機床。該控制系統能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規定的程序，并將其譯碼，用代碼化的數字表示，通過信息載體輸入數控裝置。經運算處理由數控裝置發出各種控制信號，控制機床的動作，按圖紙要求的形狀和尺寸，自動地將零件加工出來。數控機床較好地解決了復雜、精密、小批量、多品種的零件加工問題，是一種柔性的、**能的自動化機床，代表了現代機床控制技術的發展方向，是一種典型的機電一體化產品。數控車床主要加工軸類零件和法蘭類零件，使用四腳卡盤和專用夾具也能加工出復雜的零件。裝在數控車床上的工件隨同主軸一起作回轉運動，數控車床的刀架在X軸和Z軸組成的平面內運動，主要加工回轉零件的端面、內孔和外圓。由于數控車床配置的數控系統不同，使用的指令在定義和功能上有一定的差異，但其基本功能和編程方法還是相同的。1. 米制與英制編程數控車床使用的長度單位量綱有米制和英制兩種，由專用的指令代碼設定長度單位量綱，如FANUC-0TC系統用G20表示使用英制單位量綱，G21表示使用米制單位量綱。 2. 直徑與半徑編程數控車床有直徑編程和半徑編程兩種方法， 前一種方法把X坐標值表示為回轉零件的直徑值，稱為直徑編程，由于圖紙上都用直徑表示零件的回轉尺寸，用這種方法編程比較方便，X坐標值與回轉零件直徑尺寸保持一致，不需要尺寸換算。另一種方法把X坐標值表示為回轉零件的半徑值，稱為半徑編程，這種表示方法符合直角坐標系的表示方法。考慮使用上方便，采用直徑編程的方法居多數。3. 車床的前置刀架與后置刀架數控車床刀架布置有兩種形式：前置刀架和后置刀架。如圖3-1-1所示，前置刀架位于Z軸的前面，與傳統臥式車床刀架的布置形式一樣，刀架導軌為水平導軌，使用四工位電動刀架；后置刀架位于Z軸的后面，刀架的導軌位置與正平面傾斜，這樣的結構形式便于觀察刀具的切削過程、切屑容易排除、后置空間大，可以設計更多工位的刀架，一般全功能的數控車床都設計為后置刀架。4. M指令功能有效性  M指令功能有效性指在同一程序段中M指令功能與其它指令功能有效的順序，與指令在程序段中排列次序無關。有的M指令功能在其它指令功能執行前有效，如M03與G01指令；有的M指令功能在其它指令功能執行后有效，如G00與M02指令。 5. 數控機床的初始狀態所謂數控機床的初始狀態指數控機床通電后具有的狀態，也稱為數控系統內部默認的狀態，一般設定**坐標方式編程、使用米制長度單位量綱、取消刀具補償、主軸和切削液泵停止工作等狀態作為數控機床的初始狀態。

基于精密平面磨床的工作性質和加工精度要求，對電力拖動控制方案提出如下要求： 　　(1)精密平面磨床是一種精密加工機床，為了保證其加工精度要求，機床運行時要求平穩。工作臺往復運動在換向時要求慣性要小，無沖擊力，因此，工作臺的往復運動采用液壓傳動。由電動機拖動液壓泵，供應壓力油，通過液壓傳動裝置實現工作臺的縱向進給運動，并通過工作臺上的撞塊操縱床身上的液壓換向閥(開關)，改變壓力油的流向，實現 工作臺的換向和自動往復運動。 　　(2)為了簡化磨床的機械傳動機構，采用多電動機單獨拖動。精密平面磨床采用三臺電動機拖動，砂輪的旋轉運動由裝入式電動機直接拖動。液壓泵由液壓泵電動機拖動，經液壓傳動裝置完成工作臺的往復(縱向進給)運動，砂輪架的橫向進給運動，砂輪架的快速橫向移動以及工作臺導軌的潤滑等。拖動冷卻泵的電動機為磨削加工提供冷卻液。 　　(3)為了提高磨削質量，要求砂輪有較高轉速，通常采用兩極(理想空載轉速為3000r/min頻率為50Hz)的籠型異步電動機拖動。為了提高調整運轉的砂輪主軸的風度，采用裝入式電動機拖動，電動機與砂輪主軸同軸，從而提高了磨床的加工精度。 　　(4)平面磨削加工中，由于磨削溫度高，為減少工件的熱變形，必須使工件得到充分的冷卻，同時冷卻液能沖走磨屑和砂粒，以保證磨削精度。 　　(5)精密平面磨床常用電磁吸盤，利用電磁吸力很方便地安裝和加工小工件，且工件在加工過程中由于發熱變形，電磁吸盤允許工件有自由伸縮余地，從而保證加工精度。 　　為了滿足上述電力拖動控制方案的要求，對精密平面磨床的電力拖動控制系統提出以下幾點要求： 　　(1)砂輪、液壓泵、冷卻泵三臺電動機都只要求單方向旋轉。 　　(2)冷卻泵電動機應隨砂輪電動機的開動而開動，若加工中不需要冷卻液時，可單獨斷開冷卻泵電動機。 　　(3)在正常加工中，若電磁吸盤吸力不足或消失時，砂輪電動機與液壓泵電動機應立即停止工作，以防止工件被砂輪切身力打飛而發生人身和設備事故。不加工時，即電磁吸盤不工作的情況下，允許砂輪電動機與液壓泵電動機開支，機床作調整運動。 　　(4)電磁吸盤勵磁線圈具有吸牢工件的正向勵磁、松開工件的斷開勵磁、以及為抵消剩磁便于取下工件的反勵磁控制環節。 　　(5)具有完善的保護環節。各電路的短路保護，各電動機的長期過載保護，零壓、欠壓保護，電磁吸力不足的欠電流保護，以及線圈斷開時產生高電壓，而危及電路中其它電器設備的過壓保護等等。 　　(6)機床照明電路與工件去磁的控制環節。