數控產品電氣部分的模塊化設計與調試

羅 濤

（沈陽優尼斯智能裝配有限公司 遼寧 沈陽 110142）

1 引言

國內的數控產品在不斷的增加，同時數控產品憑著它高效、高精密的特點，在市場上越來越受到客戶的喜歡，而數控的產品也越來越多樣化和多元化，例如數控車、立/臥式加工中心、組/專機等。在國際數控產品領域，對數控電氣系統的規定沒有詳細、統一的要求，沒有相應的國家標準和行業標準，只是根據產品的需求或者客戶的要求進行自主設計與研發，而有些公司與中間環節，為了方便客戶的使用和產品的運行，會根據客戶的要求到現場進行調試和維修，調試人員在現場時候需要去對不同產品都需要了解，這種情況就會造成產品的不同對質量的影響，我廠自主設計立式加工中心在調試電氣系統時候實現了模塊化和統一性，這種產品為VDL/VDF系列的。

我廠的VDIMVDF系列的產品種類很多，數量達到十幾個，前期的設計沒有進行規范性，根據設計人員自己的調試與設計進行生產，這樣就會導致每個設備的原理圖和梯形圖不同，機床的負責程度也會隨之改變，調試人員的工作量也會增加，因為需要他記住每種機床的I/O地址分配、M代碼、報警信息、參數、定時器、計數器等的定義，這樣在實際調試或者生產時候就會出現錯誤，把這臺設備的原理圖應用在其他設備上了，不利于后期的維修，針對于這個缺點，通過我廠人員不斷的努力，本著把產品做大做強理念，將產品進行歸類模塊化，將統一的和相近的進行合并統一，為管理和調試提供便利。

如果要實現對數控機床電氣系統模塊化設計，就需要將圖紙、梯形圖以及說明書進行歸類設計，實現統一，對于機床的設計，從整體上來說，機床包含3個直線軸，1個主軸，冷卻、排屑、潤滑和刀庫電動機，同時還有輸出面板。根據不同用戶的需求可以對機床進行選配，例如增加旋轉軸(數控或分度轉臺)、大流量沖屑器、液壓站和機械手電動機(刀臂式刀庫用)。機床配置情況比較見表1。

表1 機床配置情況對比

2 圖紙的模塊化設計

數控機床電氣系統中的圖紙類型有電氣原理圖、操作臺圖紙、電器柜圖紙、電器安裝位置圖。對于我廠的VDL/VDF系列產品，它與其他生產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，在一些關鍵位置不能進行統一，但也需要對其他元件和產品進行模塊化設計。例如：數控設備的控制系統是一樣的，電氣原理圖(按功能最全最多設計，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鍵文件中可以利用少量文字進行說明，避免使用圖紙或者新的說明書，將其通用化，元件統一化，操作面板按照功能最全的形式設計。

3 梯形圖的模塊化設計

將設備的設計和原價統一后，需要對設備電氣系統的梯形圖進行設計，通過設備的電氣控制、換刀的控制方式進行設計，排除這兩點之外的是相同的，可以通過劃分模塊進行設計。如果機床電氣系統中具有相同的部分，那么PLC系統中的梯形圖就可以對主程序無條件的使用，并且PLC開關或者K參數是控制功能模塊的。根據這些設計理念，可以編寫FANUC和三菱兩種梯形圖，這兩套可以實現共用，將操作面板、主軸、3個直線進給軸、冷卻、潤滑、排屑這些控制系統實現兩個梯形圖同時使用。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開關或FANUC公司K參數控制選擇部分。如果選擇功能應用在機床設備上之后，就可以將開關或者參數的初始狀態設置為“1”，設備的PLC就會根據設置進行梯形圖處理，如果開關的值變為“0”時，PLC將不處理梯形圖，如果開關或者參數的初始狀態設置為“0”時，說明該機床不具備該功能。

根據上邊的設計理論和設計思路，編織制梯圖后，在對設備進行調試和修改完善的時候由設計人員和進行全程跟蹤，最后還需要編寫原理圖和梯圖以及相應的調試手冊，列出了機床的I/O地址分配表、M代碼、報警信息、定時器、計數器及K參數的定義和標準設定值，同時將機床調試中常用的系統信號列表，將常用的參數定義及標準設定值附在后面，成為一本較完整的手冊。其目的在于：除了系統和電動機硬件故障報警需查閱系統資料外，調試或處理一般的報警時，只需要該手冊就可以了。經過不斷的努力和完善，VDL/VDF系列產品是我廠設計研發的一種標準化產品，電氣部分實現互換性和統一性，原理圖/梯圖/說明書都是共用的，對產品使用者和設備調試者提供了很大的便捷，提高了生產效率。

4 使用說明書的統一

在設備設計與生產完成，需要編寫相應的電氣說明書，它的使用是為了方便客戶在使用設備時候了解設備，說明書的內容是非常重要的，包括：機床的使用環境、基本的操作方法、操作面板的定義、報警內容及處理方法、主要電氣元件清單(型號及生產廠家)等。同一生產廠家，同一型號的設備，應用的說明書是一樣的，在說明書的目錄會體現不同產品的基本配置和使用要求，對于一些特定的客戶，它的要求會高于普通設備，需要使用者在附錄中說明需求，加工商會根據要求進行獨立設計和獨立編寫說明書，同時出廠的設備還需要配帶設備的電氣原理圖和主要元件的安裝圖。通過對電氣設備前期的分類和單獨組裝，可以將電氣部分進行模塊化設計，將一些共同元件和共同原理圖的部分進行分類設計，最后上升到設備圖紙和梯圖的模塊化，模塊化的應用在加工中心的設計上尤為突出。對于一個行業和一種設備，要想達到最頂峰，最好的辦法就是進行整合統一，如何實現行業標準和國家標準，需要所有技術人員和研發人員去共同努力，將數控產品進行國標化和行業化，最后實現統一。

[1] FANUC學校CNC初級教程，B-10072/07.

[2]數控車床模塊化設計的應用及探討.《機械工程師》，2010(6)：90-91.

[3]數控機床系統設計，化學工業出版社.