隨著電子技術、計算機技術、材料技術和信息控制技術的飛速發展，我國數控系統的開發也從低水平經濟型數控系統走向高功能數控系統研發。其發展趨勢為高可靠性、高柔性化、高加工精度、復合化和制造系統自動化等。
本項目致力研究基于數控機床控制系統的軟件及相關硬件。針對高精度內圓磨床的數控問題，采用帶有定位、模擬量控制、遠程網絡控制功能的PLC 產品為控制核心，積木式地加上定位、模擬量、網絡等模塊，利用人機界面通過CNC 軟件開發實現磨床的數控功能。該技術途徑的內部變量、核心軟件及CNC觸摸屏操作界面均由自己定義，開發難度較高，但擁有自主知識產權，可苯郵迪滯?緲刂疲?屎現圃煲檔娜嶁曰?⒄狗較潁淮映殺舊蝦慫悖?檔土聳?鼗?采??殺盡Ｒ虼耍?殼暗姆槳甘且恢摯沙中??⒌摹⒕哂寫蔥灤緣腃NC 系統軟件構建開發方案。項目實施后，對數控機床的控制方案增加了選項。
1、控制系統設計
本磨床是用于磨削高圓度內圓的半自動精密磨床，適用于各類元件的批量加工，根據加工要求，本機床有3 種工作狀態：調整狀態、半自動狀態和參數整定狀態。本系統主要采用可編程控制器( PLC) 和觸摸屏2 級控制的結構， PLC 負責按鈕和其他開關量信號的輸入以及發出信號去控制接觸器、繼電器和變頻器等電氣元件，進而控制各電機的運行。同時控制相應指示燈的顯示。觸摸屏用來進行參數的修改與設定、自動控制、在線監視和傳送信息等工作。PC 機(觸摸屏) 通過串行口與PLC 相連，進行相互通信，所以觸摸屏是通過發出命令去控制PLC的運行，以達到進行半自動控制的目的。
本機床共有13 臺電動機和1 臺變頻器來驅動有關部件。包括主軸冷卻電動機、磁性分離電動機、工件冷卻電動機、液油泵電動機、動靜壓油泵電動機、油霧分離電動機、動靜壓油泵循環電動機、砂輪主軸電動機、工件軸電動機、砂輪往復電動機、液壓油冷卻電動機、動靜壓油冷卻電動機、砂輪修整器電動機和變頻器。
在這些電機中，砂輪主軸電動機采用中頻變頻器進行無級調速；進給分為砂輪軸(軸向) 進給和車頭軸(徑向) 進給，其中車頭(徑向) 進給軸X 采用伺服控制。X 軸進給要求：移動距離70 mm ，位置控制精度0. 003 mm ， 電動機絲杠直聯， 絲杠螺距5 mm。要求采用中慣量電動機，功率400 W。液壓油冷卻電動機，動靜壓油冷卻電動機，砂輪修整器電動機為直流電動機。其中砂輪的往復運動由它激式直流電動機驅動，通過可控硅完成調速。
機床有關部件的直線(回轉) 運動由液壓系統完成，共由10 個電磁閥組成。為了保證可編程控制器的可靠性，在可編程控制器的輸出端與執行元件之間增加了接口電路。
控制系統如圖1 所示。控制模塊使用FX2N 系列，PLC 為控制主機，以三菱970GOT 觸摸屏為人機界面，選擇伺服定位單元型號為FX2N210GM ，X軸伺服驅動器型號為MR2J 2S260A ，伺服電動機型號為三菱中慣量HC2SFS252 ，編碼器分辨率為131072 脈沖/ 轉，其它部件不再累述。
圖1 控制系統
2、系統軟件開發
精密內圓磨床控制系統的軟件設計分3 部分：內部變量的合理規劃、人機界面畫面設計和PLC 程序設計和伺服進給程序設計，由于篇幅所限，給出PLC和伺服程序設計流程， 如圖2所示。圖中系統上電，指電源總開關；強電開啟是為了安全起見，設置的強電總開關，只有此開關閉合，整個系統才能正常工作；工作方式后面將敘述；為了保證機床動作的可靠性，本系統采用了邏輯控制與輸出驅動分步進行的方法；系統初始化包括PLC 和定位參數的初始化。
圖2 PLC 和伺服程序設計流程
3、數控操作界面設計
數控操作面板應該具備界面友好、操作方便、自診斷功能強和適合磨床的工藝特點。精密數控內圓磨床有動作調整、磨削循環、砂輪單次修整循環、砂輪多次修整循環和新砂輪修整循環共5 種工作方式，這些工作狀態必須在總啟動以后才能執行，機床的每一步動作都有一定的連鎖條件，只有在這些條件滿足時，該動作才能被執行，為了使操作者方便操作機床，在人機界面上設計了多種指示信息和必要的提示。觸摸屏的主控制界面設計主要提供進入這5 種工作方式或進入參數設置的操作入口，為了增強自診斷能力，在操作入口的界面上按鍵右側設置了若干操作或故障提示信息，但它們是在符合條件的情況下才出現的，平時則處于消隱狀態。
在精密內圓磨床的4 種自動循環中，“磨削循環”是最典型的自動循環。本設計以磨削循環為例介紹其控制功能，其余控制功能相應的設計思路與此類似。
磨削循環控制功能如下：在符合多重串并聯磨削循環條件時，按下外部循環開始按紐，自動循環開始：首先進給系統自動回到電氣零位——按工作條件逐步啟動縱滑板前進電磁閥、主軸電動機、冷卻電動機、往復電動機——進給系統按預置進給到磨削起始位——按進給預置次數及進給量、進給速度要求完成進給過程——進給系統回復原位——按動作順序及條件逐步停止縱滑板前進電磁閥、冷卻電動機、主軸電動機和往復電動機，并進行往復剎車——結束循環。
圍繞上述控制功能要求，設計出自動磨削循環控制界面。在磨削循環進行過程中，在觸摸屏上可以監控循環條件、循環進程、動作狀態、X 軸當前位置、進給量和進給速度。當不滿足循環條件啟動時，自動磨削環控制界面左上方會提示“循環條件不滿足”；而在循環進行中，畫面上會出現“循環中斷”按紐，以便操作人員隨時中斷該循環。
4、結語
目前該方案已實施，完成了界面友好的數控磨床操作與顯示畫面，控制了邏輯符合數控磨床的加工過程動作要求，優化了修整砂輪工藝要求的進給曲線，滿足了工藝要求的準確定位。加工精度符合要求。實踐證明，本設計是一種可持續開發的、具有創新性的CNC 系統軟件構建開發方案。項目實施以后，對數控機床的控制方案增加了選項，降低了數控機床生產成本。
