摘要:为满足“工业4. 0”中“智能上廠”的需求数控机床必须与机器人、机械手等设备配合，实现自动化、无人化生产这就需要对数控系统进行二次开发，使其“能说话、能思考”根据实践经验，以西门子828 D数系统为例讲解数控系统二次开发的内容及方法，包括:二次开发的步骤、I/0口和数控系统上作流程設计、控制指令开发、控制按钮开发、电气结构设计等

     “工业4. 0”是制造业迎来的第4次工业革命，以生产高度数字化、网络化、机器自组織为标志“工业4. 0”的最终目标是建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式，包含的三大主题分别是:智能工厂、智能苼产和智能物流自动化工厂将工业机器人、无人运输车、自动化立体仓库等设备应用于加工过程，是实现智能工厂的重要环节也得到叻广泛的应用。

     目前随着国内外数控系统在柔性、可靠性和开放性等方面的飞速发展，许多理论和技术问题得到了较好的解决数控机床可开发成为智能机床，满足用户的个性化需求文中以Siemens数控机床为例，对828 D数控系统进行二次开发使其“能说话、能思考”，与机器人、机械手等设备配合实现自动化生产，达到低成本、高效率的效果

     要实现机床自动化生产，须采用机器人或机械手进行自动上下料為保证机器人或机械手在数控机床加工时能配合默契，及时、准确无误地上下料不与机床发生干涉，机床就必须做到以下几点:

      (3) 为加工时能很好地控制机床必须开发必要的辅助加工指令。

      (4) 为了手动状态下也能控制机床需添加防护门开关、卡盘松紧等按钮。

     828 D是一款紧凑型數控系统支持车、铣工艺应用，能满足不同安装形式和不同性能要求的需要完全独立的车削和铣削应用系统软件，可以尽可能多地预先设定机床功能从而最大限度减少机床调试所需时间，比想象的还容易它集CNC, PLC操作界面以及轴控制功能于一体，通过Drive-CLiQ总线与全数字驱动嘚SINAMICS 51200PLC实现高速可靠通信且PLC的I/0模块通过PROFINET连接，可自动识别无需额外配置。

     数控系统的二次开发就是针对PLC软件的开发828 D数控系统的PLC控制程序包含有一个主程序和多个子程序。可根据自身需求像搭积木一样，将新开发出的控制子程序在主程序中进行调用达到自动生产的需求。具体操作内容及步骤为:

     即将机床原有的PLC控制程序导出828 D数控系统可车削加工是利用工件的机床界面的【调试存档】功能将机床的PLC程序导絀，存储到用户接口所连接的外存储器(如USB, CF卡等)中导出程序类型为"*.ARD"

     828 D数控系统采用机床内置的SINAMICS 51200PLC进行控制。从机床中导出的PLC控制程序可车削加工是利用工件的“PLC Programming Tool”软件导入。经过新建子程序并在主程序中进行调用，达到控制需求程序开发完成后，必须使用软件的【导出】功能导出后缀名为“.ARD”的程序。

     将开发好的PLC控制程序通过用户接口所连接的外存储器，使用【载入调试存档】功能导入到数控系统中并可通过【调试】功能，进行PLC程序的在线调试

     为方便讲解，下面以最为典型的828 D数控车削系统配合机器人上下料为例讲解数控系统二佽开发的具体方法。

     为满足通信要求在PLC己用I/0通信接口的基础上，新设定与卡盘、机床防护门、机器人通信的I/0口如表1所示。

     要实现自动苼产数控系统必须开发必要的辅助加工指令，使机床在程序自动运行过程中能实现防护门自动开关、卡盘自动夹紧和松开、及时通知机器人上下料等在己使用的M指令(如M03 ,  M04等)的基础上，开发新M指令如表2所示。

     车削加工是利用工件的上节设计的I/0通信口和M指令设计数控系统笁作流程如图1(a)所示，并编写相应的机床加工程序如图1(b)所示。

图1 数控系统上作流程图 

 3内信号为1要实现M指令所设计的功能，就要车削加工昰利用工件的该信号并通过PLC程序进行控制。如:开发M80指令编写的PLC控制程序如图2、图3所示

0要置为1。为保证读入禁止DB3200. DBX6. 1要置为to读入禁止后，機床不能执行下一加工指令只有机器人发送可进行下一步动作的信号I2. 4后，读入禁止信号复位才能继续执行M80的下一个指令。

     其他M指令的PLC控制程序与M80的类似分别根据表2所需达到的功能编写PLC程序即可。所有M指令的控制程序可放在一个新建的子程序块中在主程序中进行调用。

     若数控机床为手动卡盘和手动防护门就需要将其改造为气动或液压装置。自动卡盘和自动防护门的电气结构较为简单也很类似。如將卡盘改造为气动卡盘PLC输出接口的连接如图4所示，卡盘气缸的控制电气原理图如图5所示当PLC输出信号Q1. 4 = ON时，控制KA 11继电器的线圈得电KA 11继电器常开触点闭合，YA1电磁阀得电控制阀体接通，从而控制机床自动卡盘的气缸缩回并松开工件同理，当PLC输出信号Q1. 4 = OFF时气缸回到初始状态並夹紧工件。

     另外为了在手动状态下也能控制卡盘的松紧和防护门的开合，必须在机床面板上新增相应的控制按钮一般的数控系统，控制界面上都有闲置的按钮供用户开发所用828 D数控系统各按钮对应的PLC输入输出接口如表6所示。可查出:采用闲置的按钮T11作为卡盘松紧的控制按钮时按T11一次，PLC的输入接口I118. 5得电一次;PLC的输出信号Q116. 5 = ON时Tll上力一的指示灯亮。配合图6所示的PLC控制程序即可实现手动状态下卡盘的松开和夹緊控制(按第一次松开，按第二次夹紧)

图7 防护门控制按钮对应的PLC控制程序 

     根据上述章节所讲的二次开发内容，可完成数控系统的基本改造使其满足自动生产需求。该方法为实际经验的积累己多次用于实际机床的改造，且机床运行效果良好另外，所有数控系统的二次开發方法都是相似的读者可融汇贯通，进行其他数控系统的开发

     通过反复计算修正、优化工艺流程后螺钉连接镶装工艺能够保证镶装质量和使用要求，但是又出现一个问题封堵螺钉沉孔的尼龙销随着温度变化热胀冷缩量较大，有时会膨出导轨面刮伤移动部件上的聚四氟乙烯因此又对填充物的材料进行了深入研究。

     对几种材料尼龙6、国产胶、进口胶进行试验测量以下数据:

     (2)试件加热至42℃，再次测量基面與尼龙销、胶体面的高度差

     实际使用时，因为导轨副之间有润滑油润滑和冷却温度不可能达到42 ℃，所以尼龙6材料和进口胶都能满足使鼡要求但是进口胶价格昂贵，性价比差在满足充分润滑冷却的前提下，还是优选尼龙6作为填充材料

     对粘接镶装工艺从胶的材料、厚喥、粘接时施加的压力、固化时间等力一面进行了多次试验研究，得到了以下结果:双组份环氧树脂结构胶(AB胶)具有十分良好的粘接效果这種胶强度高(抗剪强度[π]  > 18 MPa,钢一铸铁正拉粘强度[α]> 30MPa)，能承受较大载荷且耐老化，耐疲劳、耐腐蚀;胶层厚度为0. 1一0. 2 mm时粘接效果和经济性较好;粘接時夹具上使用约0. 1 MPa的力加压常温20 - 25℃下，胶液可迅速固化且可以保证胶层厚度;固化时间24 h，确保粘接牢固胶层充满导轨板和槽底部、两侧間隙后能够产生足够的粘结力，胶层热胀冷缩量较小可以避免使用过程中钢导轨板或侧面胶体高出导轨面。

     通过反复计算、分析、试验、优化后两种钢导轨板镶装工艺都能满足使用要求螺钉连接镶装工艺由于材料费、人工费高出粘接工艺10%一15%，考虑可靠性因素一般用于價值较高的大、重型机床上;考虑经济性因素及借鉴国内外同行厂家的应用情况粘接镶装工艺一般用于中、小型机床上。

     通过对镶装工艺的研究论证了铸铁基体镶装钢导轨板的可行性，为滚滑复合导轨的推广应用奠定了坚实的基础如今，滚滑复合导轨己推广应用到某公司落地世、刨台世、龙门铣、卧式加工中心等系列产品上取得了良好的经济社会效益。 螺钉连接、粘接两种钢导轨板镶装工艺各有优缺点大家可根据具体需求和自身的实际情况选择使用。