【摘 要】沖壓加工應用廣泛，傳統(tǒng)沖床效率低、精度差、工作環(huán)境差，安全條件差；數(shù)控沖床效率高、加工質(zhì)量好，價格過于昂貴。中小企業(yè)受資金限制，簡易式?jīng)_壓設備使用較多，要提高產(chǎn)品質(zhì)量，改善工作環(huán)境，提高產(chǎn)品競爭力，生產(chǎn)條件亟待提高。普通機床的數(shù)控改造，不僅能為企業(yè)大大的節(jié)約成本，而且能夠充分發(fā)揮一些陳舊設備的價值，正好滿足了這個需求。本文通過對Tiger 500型普通沖床進行數(shù)控改造實例分析，就普通沖床進行升級改造的數(shù)控化系統(tǒng)設計與開發(fā)進行了研究，制定出了對Tiger 500型普通沖床簡單數(shù)控化改造升級的設計方案。通過上位機、PLC、運動模塊實現(xiàn)對機床的自動化控制，通過觸摸屏、組態(tài)軟件開發(fā)編寫系統(tǒng)控制功能，編寫了數(shù)控沖床用戶操作系統(tǒng)。

【關鍵詞】數(shù)控沖床 PLC 組態(tài)軟件 MCGS

一、沖壓加工及數(shù)控技術

Tiger 500沖床主要是對各種板材如普通鋼板、不銹鋼鋼板及鋁板等進行冷壓成形或沖孔。同類機床廣泛應用于汽車，紡織機械，航空航天，電氣和電子以及開關柜等行業(yè)。沖床屬于點位控制的機床，在傳統(tǒng)的沖床控制中一般采用的是繼電器的控制，送料則一般采用手工方法送料。沖床數(shù)控改造主要是完成對其工作平臺X、Y軸的伺服控制，通過編制加工程序，使其在數(shù)控系統(tǒng)的控制下完成規(guī)定的動作。

現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)大部分采用32位的CPU，從而運行速度上有了很大提高；以往由外部機電結(jié)合來實現(xiàn)的功能，如今大部分已經(jīng)集成為數(shù)控系統(tǒng)所具備功能，從而簡化了機電的結(jié)構(gòu)以及提高了其可靠性，人機界面也變的更加友好。數(shù)控系統(tǒng)與計算機功能也越來越接近，帶硬盤、網(wǎng)絡接口、USB接口，Windows操作平臺更便于主機制造商個性化，使用起來更加方便。

在現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)中，普遍采用可編程控制器（PLC）取代了傳統(tǒng)的機床電器邏輯控制裝置。PLC接受數(shù)控裝置發(fā)出其數(shù)控輔助的功能的控制指令，從而進行機床操作面板和各種機床機電的控制/監(jiān)測機構(gòu)邏輯處理與監(jiān)控，而且為數(shù)控裝置提供機床的狀態(tài)以及有關裝置應答的信號。

二、控制系統(tǒng)總體設計

數(shù)控沖床采用的硬件結(jié)構(gòu)主要是開放式的，其軟件系統(tǒng)也同樣是這種模式，下圖構(gòu)成了數(shù)控沖床的系統(tǒng)軟件部分，還包括了報警，參數(shù)以及監(jiān)控等部分。在屏幕上直接顯示運動控制信號以及 PLC 輸入輸出信號和軟元件數(shù)值，用組態(tài)軟件將現(xiàn)場信號關聯(lián)，現(xiàn)場加工情況用動畫的形式顯示。

ActiveX 控件的形式建立運動控制部分。API 函數(shù)由 DMC5400 運動控制卡所提供，它的功能是實現(xiàn)運動控制所需要的前進、后退、回原點及工件的定位運動等各項功能。

數(shù)控沖床的邏輯控制核心是PLC 程序部分，主要負責控制數(shù)控沖床加工模式以及各工位動作順序等，主要有獨立操作模塊、連續(xù)運行模塊、循環(huán)加工模塊等。在開放式數(shù)控系統(tǒng)中以 PC 機作為上位機，在生產(chǎn)現(xiàn)場穩(wěn)定性比較好。使用PLC 作為專用的控制器，會具有非常高的可靠性，當上位機有故障出現(xiàn)，仍然能保持機床正常動作的實現(xiàn)，避免了相關的硬件損壞。系統(tǒng)硬件框圖如圖2所示

系統(tǒng)軟件設計系統(tǒng)中上位機軟件包括程序編輯、程序編譯、運動仿真、檢測顯示、通訊模塊，下位機包括手動信號處理模塊、沖床及送料控制模塊和通訊模塊。

三、組態(tài)軟件MCGS 嵌入版

基于MCGS的基礎上開發(fā)的MCGS 嵌入版，是專門應用于嵌入式的計算機監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)軟件。當利用計算機限制系統(tǒng)的成本，可靠性穩(wěn)定性的同時，就需要用MCGS 嵌入版，它包括了數(shù)據(jù)采集，動畫顯示最后監(jiān)控的流程，可以方便解決實際中遇到的問題，在自動化的各種領域中都有廣泛的應用。

MCGS嵌入版在功能強大，多媒體畫面，內(nèi)容豐富生動；處理系統(tǒng)功能強，能夠及時完成任務；操作界面簡單易懂，靈活方便；多種多樣報警功能，可供用戶隨意設置；強大網(wǎng)絡通訊，便于快速遠程數(shù)據(jù)傳輸。同時MCGS嵌入版具有工作速度快，占用空間小，抗干擾能力強，成本較低廉，通訊更方便，支持多種設備，操作十分簡便等特性。具有與MCGS 通用版組態(tài)軟件一樣強大功能的MCGS 嵌入版組態(tài)軟件，操作十分簡單，方便簡單的操作，經(jīng)過很短時間的培訓就可以完全掌握和使用。

組態(tài)環(huán)境和模擬運行環(huán)境相當于一套完整的電腦軟件，在PC 機上運行。它的運行空間相對獨立，用戶可以指定方式對他進行運行方式的處理，最后有效的完成用戶設定的任務。當組態(tài)工作完成，將組態(tài)好的工程通過串口，組態(tài)工程就可以獨立的運行，從而方便地實現(xiàn)控制系統(tǒng)的實時性、可靠性、確定性和安全性。

由MCGS 嵌入版生成的用戶應用系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)主要由主控窗口、設備窗口、用戶窗口、實時數(shù)據(jù)庫和運行策略五個部分構(gòu)成。主控窗口確定了工業(yè)控制中工程作業(yè)的總體框架，是應用系統(tǒng)的主框架，實時數(shù)據(jù)庫作為系統(tǒng)的核心部分，用戶窗口構(gòu)建圖形界面，達到“可視化”，系統(tǒng)與外界設備聯(lián)系以設備窗口做媒介。

四、可編程控制器PLC

PLC在工業(yè)環(huán)境中運用的十分廣泛，主要用于設備的自動化控制，編程十分簡單易懂，而且其循環(huán)掃描的模式可以提高其抗干擾能力，穩(wěn)定性強，可以控制簡單的邏輯控制順序控制，以及復雜的過程的控制，在自動化領域里應用十分廣泛，本次數(shù)控沖床控制系統(tǒng)改造用的是三菱 FX2N 型可編程控制器。

根據(jù)數(shù)控沖床所能實現(xiàn)功能來確定PLC的程序架構(gòu)。當機床正常工作時需要連續(xù)加工工件，即自動運行，加工過程不用人工干預；當我們需要單獨的調(diào)試或者加工的時候，我們就可以進行單個的動作執(zhí)行，單獨控制，可以利用PLC的手動操作模塊或者自動控制模塊在完成這一功能。

當需要完成單獨控制，利用手動或者自動控制的模塊完成任務需要一定的前提基礎。在PLC 上電之后，剛開始處于運行狀態(tài)時，第一部要執(zhí)行初始條件模塊，之后可以執(zhí)行獨立操作和原點復歸。在上述動作完成之后，就可以執(zhí)行手動、自動運行操作，而各種模式的轉(zhuǎn)換都是通過觸摸屏實現(xiàn)。

五、運動模塊選型

數(shù)控沖床的控制部分可以將硬件分為兩部分，即伺服驅(qū)動器和交流伺服電機運動控制卡，本次設計分別選用松下公司MSMA082D1D型小慣量電機和雷賽控制技術公司DMC5400運動控制卡。

DMC5400 是一款以 ASIC 為核心、基于 PCI 總線的功能強大、性能優(yōu)越的運動控制卡，可以控制多種私服電機，在多種復雜功能中作用強大。在執(zhí)行完畢當前運動后，硬件能夠自動地插補處理器并且立即自動裝載運動參數(shù)，.同時執(zhí)行該運動命令。具有連接平滑、反應速度快的優(yōu)點。多個編碼器信號可同時被DMC5400 接受，同時位置鎖存函數(shù)也被提供，科十分迅速地完成任務。

松下MSMA 082D1D型電機及對應的伺服驅(qū)動器MSMD 082P1U.屬松下MINAS系列的速度、.位置、.電流三環(huán)全數(shù)字化的交流伺服系統(tǒng)。IGBTPWM 控制方式，其系統(tǒng)響應十分迅速同時保證了精度相對較高，而且其體積較小被廣泛應用。

綜上所述，本文通過對原有Tiger 500型普通沖床進行檢測分析，結(jié)合企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)情況，制定出了對Tiger 500型普通沖床簡單數(shù)控化改造升級的設計方案。數(shù)控沖床控制系統(tǒng)采用開放式硬件結(jié)構(gòu)，相對應的軟件系統(tǒng)也是開放式的，通過上位機、PLC、運動模塊實現(xiàn)對機床的自動化控制，通過觸摸屏、組態(tài)軟件開發(fā)編寫系統(tǒng)控制功能，編寫數(shù)控沖床用戶操作系統(tǒng)。項目進行過程中，改造了原機床電氣系統(tǒng)，改裝了工作臺驅(qū)動電機、氣動夾鉗系統(tǒng)，編制了PLC程序，開發(fā)了數(shù)控化人機界面，實現(xiàn)了沖床加工程序的數(shù)控化。