数控产品电气部分的模块化设计与调试

罗 涛

（沈阳优尼斯智能装配有限公司 辽宁 沈阳 110142）

1 引言

国内的数控产品在不断的增加，同时数控产品凭着它高效、高精密的特点，在市场上越来越受到客户的喜欢，而数控的产品也越来越多样化和多元化，例如数控车、立/卧式加工中心、组/专机等。在国际数控产品领域，对数控电气系统的规定没有详细、统一的要求，没有相应的国家标准和行业标准，只是根据产品的需求或者客户的要求进行自主设计与研发，而有些公司与中间环节，为了方便客户的使用和产品的运行，会根据客户的要求到现场进行调试和维修，调试人员在现场时候需要去对不同产品都需要了解，这种情况就会造成产品的不同对质量的影响，我厂自主设计立式加工中心在调试电气系统时候实现了模块化和统一性，这种产品为VDL/VDF系列的。

我厂的VDIMVDF系列的产品种类很多，数量达到十几个，前期的设计没有进行规范性，根据设计人员自己的调试与设计进行生产，这样就会导致每个设备的原理图和梯形图不同，机床的负责程度也会随之改变，调试人员的工作量也会增加，因为需要他记住每种机床的I/O地址分配、M代码、报警信息、参数、定时器、计数器等的定义，这样在实际调试或者生产时候就会出现错误，把这台设备的原理图应用在其他设备上了，不利于后期的维修，针对于这个缺点，通过我厂人员不断的努力，本着把产品做大做强理念，将产品进行归类模块化，将统一的和相近的进行合并统一，为管理和调试提供便利。

如果要实现对数控机床电气系统模块化设计，就需要将图纸、梯形图以及说明书进行归类设计，实现统一，对于机床的设计，从整体上来说，机床包含3个直线轴，1个主轴，冷却、排屑、润滑和刀库电动机，同时还有输出面板。根据不同用户的需求可以对机床进行选配，例如增加旋转轴(数控或分度转台)、大流量冲屑器、液压站和机械手电动机(刀臂式刀库用)。机床配置情况比较见表1。

表1 机床配置情况对比

2 图纸的模块化设计

数控机床电气系统中的图纸类型有电气原理图、操作台图纸、电器柜图纸、电器安装位置图。对于我厂的VDL/VDF系列产品，它与其他生产厂的不同之处在于刀库类型，刀库类型分为圆盘式或者刀臂式，这两种类型的刀库需要的PLC也不同。

虽然如此，在一些关键位置不能进行统一，但也需要对其他元件和产品进行模块化设计。例如：数控设备的控制系统是一样的，电气原理图(按功能最全最多设计，外围I/O地址分配完全一样)，也是一样的，那么在说明书或者关键文件中可以利用少量文字进行说明，避免使用图纸或者新的说明书，将其通用化，元件统一化，操作面板按照功能最全的形式设计。

3 梯形图的模块化设计

将设备的设计和原价统一后，需要对设备电气系统的梯形图进行设计，通过设备的电气控制、换刀的控制方式进行设计，排除这两点之外的是相同的，可以通过划分模块进行设计。如果机床电气系统中具有相同的部分，那么PLC系统中的梯形图就可以对主程序无条件的使用，并且PLC开关或者K参数是控制功能模块的。根据这些设计理念，可以编写FANUC和三菱两种梯形图，这两套可以实现共用，将操作面板、主轴、3个直线进给轴、冷却、润滑、排屑这些控制系统实现两个梯形图同时使用。选择模块有：刀臂刀库、圆盘刀库、冲屑、液压站、主轴高/低档、主轴星/角切换等。利用三菱公司的PLC开关或FANUC公司K参数控制选择部分。如果选择功能应用在机床设备上之后，就可以将开关或者参数的初始状态设置为“1”，设备的PLC就会根据设置进行梯形图处理，如果开关的值变为“0”时，PLC将不处理梯形图，如果开关或者参数的初始状态设置为“0”时，说明该机床不具备该功能。

根据上边的设计理论和设计思路，编织制梯图后，在对设备进行调试和修改完善的时候由设计人员和进行全程跟踪，最后还需要编写原理图和梯图以及相应的调试手册，列出了机床的I/O地址分配表、M代码、报警信息、定时器、计数器及K参数的定义和标准设定值，同时将机床调试中常用的系统信号列表，将常用的参数定义及标准设定值附在后面，成为一本较完整的手册。其目的在于：除了系统和电动机硬件故障报警需查阅系统资料外，调试或处理一般的报警时，只需要该手册就可以了。经过不断的努力和完善，VDL/VDF系列产品是我厂设计研发的一种标准化产品，电气部分实现互换性和统一性，原理图/梯图/说明书都是共用的，对产品使用者和设备调试者提供了很大的便捷，提高了生产效率。

4 使用说明书的统一

在设备设计与生产完成，需要编写相应的电气说明书，它的使用是为了方便客户在使用设备时候了解设备，说明书的内容是非常重要的，包括：机床的使用环境、基本的操作方法、操作面板的定义、报警内容及处理方法、主要电气元件清单(型号及生产厂家)等。同一生产厂家，同一型号的设备，应用的说明书是一样的，在说明书的目录会体现不同产品的基本配置和使用要求，对于一些特定的客户，它的要求会高于普通设备，需要使用者在附录中说明需求，加工商会根据要求进行独立设计和独立编写说明书，同时出厂的设备还需要配带设备的电气原理图和主要元件的安装图。通过对电气设备前期的分类和单独组装，可以将电气部分进行模块化设计，将一些共同元件和共同原理图的部分进行分类设计，最后上升到设备图纸和梯图的模块化，模块化的应用在加工中心的设计上尤为突出。对于一个行业和一种设备，要想达到最顶峰，最好的办法就是进行整合统一，如何实现行业标准和国家标准，需要所有技术人员和研发人员去共同努力，将数控产品进行国标化和行业化，最后实现统一。

[1] FANUC学校CNC初级教程，B-10072/07.

[2]数控车床模块化设计的应用及探讨.《机械工程师》，2010(6)：90-91.

[3]数控机床系统设计，化学工业出版社.