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现代制造车间中的数控系统

现代制造车间中的数控系统

2008/9/11 9:48:00
“新一代数控系统的最大特点还在于采用串行实时通信接口SERCOS和皮米级插补技术。它可将位置控制、速度控制、精密插补以及伺服电动机的控制集成在一个集成电路中。数字伺服驱动技术借助SERCOS接口将数控系统与伺服控制器用光纤连接起来,大幅度提高系统的传输率和响应速度,可达到纳秒级。”

  机床的信息化

  随着网络技术日益普遍运用,互联网进入车间只是时间问题,这将是数字化制造的主要标志。

  从另一角度来看,企业资源计划如果仅仅局限于业务管理部门(人、财、物、产、供、销)或设计开发等企业上层的信息化是远远不够的,车间最底层的加工设备——数控机床不能够连成网络或信息化,就必然成为制造业信息化的制约瓶颈。所以,对于现代制造工厂来说,除了要提高机床的数控化率外,更要使所拥有的数控机床具有双向、高速的联网通讯功能,以保证信息流在车间的底层之间及底层与上层之间通信畅通无阻。

  例如,日本Mazak公司推出新一代的加工中心不仅实现了加工过程和刀具交换的自动化,还配备一个称为信息塔(e-Tower)外部设备,包括计算机、手机、机外和机内摄像头等,能够实现语音、图形、视像和文本的通信功能。该机床与生产计划调度联网,实时反映机床工作状态和加工进度。操作者需指纹确认权限,在屏幕上观察加工过程、故障报警显示、在线帮助排除。它是独立的、自主管理的制造单元。

  企业的生产计划调度系统安排一周的加工任务,发送到信息塔。信息塔向操作者发出指令,并在屏幕上显示机床的实时工作状态。操作者按照屏幕指示进行操作。遇到问题时,可随时查阅计算机中的操作手册。正常情况下,机床自动工作,操作者与机床在时间和空间上都是分离的。管理者和操作者皆配备有手机,通过手机可以查询生产工况,预计加工完成时间以及延期报告和故障报警。

  机床发生故障时,屏幕会显示排除故障的方法,Mazak公司维修中心能同时看到问题所在,远距离及时提供帮助,尽可能减少机床的停机时间。

  新一代数控系统

  德国Andron公司的最新产品是新一代基于微机的、在Windows平台上的开放式数控系统。

  它采用由两个Intel处理器,通过PCI-PCI桥进行相互通信。一个处理器承担数控运算(NC计算机),另一个作为人机界面计算机。NC计算机中插有NCCPU卡、NC机床卡。NC机床卡与数控驱动装置连接,并通过2块带PCI桥的总线卡与人机界面计算机通信。人机界面计算机的内部总线卡与数控系统操作面板和外部接口连接。人机界面计算机的CPU卡控制触摸式LCD显示屏以及计算机外设和网络通信。

  传统的数控系统是将编程系统的数字信号转换成为电压模拟信号,再以电压的大小控制驱动电动机的转速,事实上仍是模拟量控制。

  新一代数控系统的最大特点还在于采用串行实时通信接口SERCOS和皮米级插补技术。它可将位置控制、速度控制、精密插补以及伺服电动机的控制集成在一个集成电路中。数字伺服驱动技术借助SERCOS接口将数控系统与伺服控制器用光纤连接起来,大幅度提高系统的传输率和响应速度,可达到纳秒级。

  数控系统性能以及数控机床的加工精度和效率的提高与插补精度是分不开的。Andron公司采用SERCOS接口技术后,开发了皮米级插补技术,将插补精度从1×10-7m提高到0.6×10-12m。

  插补精度越高,机床加工零件的尺寸精度也越高,表面粗糙度越小,机床运动越平稳,刀具磨损也越小,可进一步降低加工成本。

   机床CNC的控制

        机床上最重要的是控制部分,因为控制系统决定机器的运行是否经济合算,是否可以按人类工程学进行操作,以及是否可以排除可能发生的误操作。“机器制造厂家和机器使用者越来越重视自动化方案的长期经济效益。”纽伦堡西门子自动化与驱动(A&D)公司机床部主管Uwe Haeberer这样说。此外,机器制造厂家的目光主要盯在工程费用低、研发时间短,对其创造性又没有限制;而机器用户则更为重视运营成本尽量低,或者目前更为普遍的是看重TCO(所有权总费用)要尽量低。

  “为了满足客户对一台机器的整个寿命周期当中日益增长的要求,机器制造商及其自动化合作伙伴开发出了创新型的平台方案。这种方案的特点是模块化,许多规格可以标度化并且具有通用性,进而按客户可以接受的费用提供用途尽量宽广的灵活而基于互联网的解决方案。”西门子公司的这位机床专家如是说。

  机床的发展趋势显然是越来越复杂。在德国,简单的机器使用得越来越少,五轴机床应用得越来越多。比如在进行铣加工时,五轴加工可以实现一个零件在一次装夹后的成套加工。车床方面也是这样,比如越来越多的铣削功能由车床完成。甚至在加工某些零件时,车床只做铣切加工。

  Bosch Rexroth公司电子驱动与控制业务部销售负责人Norbert Armbruster认为,连接标准IT系统的计算机接口成为机床控制的标准,他强调说:“传统的CNC控制和计算机技术越来越融为一体,同时,用标准办公软件处理生产数据也将成为可能。”GE Fanuc Deutschland公司总经理Leopold Schenk还看出了另外的趋势:“控制装置将越来越小,功能将越来越强,产品的周期时间将越来越短,而精度则越来越高。主要原因是高集成度的电子组件用在了控制装置上。”另一个普遍趋势是全部组件从一家采购,控制装置、驱动装置,以及可能的自动化装置,比如机器人。在这方面,Fanuc和GE Fanuc涵盖了自动化的整个范围。在汽车制造领域,一种可以十分明显地感觉到的趋势是不用PC,尤其是不用硬盘作为大容量存储器,因为硬盘作为机械器件很容易出故障。

  由机械转向机电一体化

  由机械转向电子的趋势,或者最佳的组合必将导致机电一体化的解决方案。优势显而易见:减少机械也就减少磨损,进而提高了可靠性。采用通过独立轴线的中心轴,经过电子同步与协调,将产生模块化的组合。机电一体化方案作为一体化组件提供机械和电子单元的最佳协调,比如直线驱动装置或主轴,并可向OEM提供提高性能和效益的经过协调的系统。

  机床方面的发展趋势也包括自动化程度越来越高。比如现在安装的托盘更换器越来越多,这样可以将更多的工件按先后顺序自动进行加工。这种自动化程度较高的机床可以取代两到三台较为简单的机床,因此,需要的机床也将减少。另一种趋势是,设备的保护将通过电子控制装置的智能监控和修正机构取而代之相应稳定的机械结构。

  目前电子组件和软件的模块化借助于分散的智能装置紧跟机械部分模块化的趋势,可以实现完全自供自给的机器模块,这些模块可以相互独立地进行并行设计、编程以及调试使用。这样,即使有了创新,也不会对其他模块产生反作用。比如在变频器上将智能装置(调节组件)和功能组件分开,这样,功率就可以不按调节情况划分刻度,同时,又为智能化的集成提供了新的可能性。采用新的驱动系列Sinamics,西门子公司自动化与驱动部将其驱动装置装配上对用户来说是最佳的智能装置。在一个面向未来的系统中,其结构的设计必须使智能装置能够安排到需要它的地方,也就是说,用在控制装置的中央方案和驱动装置的分散方案中。同时,也不必做软件的改动。

  首批现场经验表明,Indro Motion MTX在缩短生产周期方面具有可观的潜力

  对许多设备制造商来说,提高生产率是其最高目标,也就是说,提高速度,降低寿命周期成本,比如通过仿真、预防性维护以及一体化整合。应用于CNC的袖珍控制装置方案,为使用标准化硬件挖掘了新的潜力。比如在购买控制装置时,可以向OEM提供各种必要的带有工程工具的成套软件包,利用这个软件包,可以统一运行从袖珍控制装置到PC方案的所有类型的软件。纽伦堡西门子自动化与驱动(A&D)公司机床部主管Uwe Haeberer认为,还有更多的机会向用户提供支持,并在设备的整个寿命周期当中伴随用户。他说:“我们利用我们围绕机床制造的服务项目,始终向我们的客户提供支持,从最初的设想到研制,从设备的运行到机器的翻新改型。我们的机电一体化方案的支持大大缩短了机床推向市场的时间,因为机器在生产第一台样机之前,可以先进行虚拟制造、仿真和优化。”利用虚拟生产,可以仿真和优化零件的生产计划,而实际上不必产生一点切屑。“利用我们的运动控制信息系统(MCIS)这种软件工具,客户可以对他们的整个加工过程进行监控和优化。基于互联网的电子生产服务(EPS)可以对机器进行监控和维护,可以使专家们在提出问题或遇到麻烦时从世界各地直接调用与机器有关的重要数据。”Haeberer在描述西门子新产品系列时这样说。首先是由于有了世界范围的网络服务,西门子公司可以24h不间断地向售后服务人员提供咨询、零备件和组件,以便在紧急情况下能够迅速排除故障。

  一切为了客户满意

  客户的满意是第一位的,客户的愿望首先是他们的问题能够得到解决。为了满足这种愿望,GE Fanuc公司同其客户保持着密切联系,并同客户一道寻求解决方案。GE Fanuc公司为此提供了广泛的产品和工具目录:从简单的CNC方案到高技术CNC方案,包括电动机以及机器人,也就是整套自动化技术。按照用户的预算以及自动化需求提供极为可靠的系统。比如提供控制装置,它们可以采用操作盘运行,也可以不要操作盘运行。为了实施各种客户化的解决方案,还可以提供适合的应用电源。

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