西门子模块6ES7212-1AF40-0XB0

1 概述

由于数控机床在我国制造企业中发挥的作用越来越突出，其工作状态的好坏往往成了影响了一个企业产品质量与生产进度的关键因素之一。然而，当前我国一些企业在设备管理方面还存在着以下一些问题：(1)设备技术档案和台帐管理分散，存储方式落后，大多数仍以纸张手写为主，不便于综合查询与随机检索。(2)设备管理工作中的某些信息，如设备基础信息、故障记录、维修记录、备件使用情况，是保存在EXCEL和WORD文档中，记录内容没有规定的格式，信息零散，信息查询起来十分困难。(3)各维修部门之间地理位置分散，维修部门与管理层之间主要以印刷文件、报表进行信息沟通，这种方式实现不了重要维修信息的实时交流。(4)设备备件、配件管理工作量大，靠人工管理造成很大不便。(5)对设备的使用状况的调查主要靠手工完成，信息反馈不及时。针对上述问题，我们有必要建立一个能够对企业的数控机床维修信息进行有效管理的软件系统，使得企业的设备管理更加规范，信息更加全面，能够更好地为生产服务。
正是基于上述考虑，某大型航空企业设备维修分厂决定与我们联合开发一套基于WEB的数控设备维修管理系统，以逐步改变过去那种设备维修管理分散的人工管理模式，为维修人员提供全面便捷的维修信息查询，同时也为各级生产管理人员进行设备管理时提供依据。

2 系统结构

根据该公司数控机床维修业务的实际特点以及企业网络的建设情况，本软件系统采用了B/S体系结构。因为在B/S结构下，客户机不需要安装任何工具或程序就能够运行本系统，大大提高了系统运行的方便性；另外，在企业已有的局域网内，可以实现多台客户机互相不影响地同时运行，可大大提高了系统运行效率；后由于企业维修业务地理布局分散的实际状况，采用该结构进行开发是可行且高效的。
在程序结构上，我们结合以往开发经验，系统采用了JSP+Servlet+Bean 结构模式进行开发，大大减少了程序代码的书写与编写难度，而且程序的可移植性大大增强，即一旦软件在维护过程中需要添加新的功能模块，不会影响到已有功能模块的使用。
在系统WEB服务器以及数据库服务器的选择上，软件系统采用Tomcat，因为从节省成本的角度上，TOMCAT服务器是免费的；更重要的是TOMCAT采用了更为严格的配置模式和安全保护模式，而这些特点比较适合该企业的行业特点。

3 主要功能特点

软件的功能模块可以划分成五大部分，分别为设备管理模块、设备维修管理模块、设备备件管理模块、设备档案管理模块和系统管理模块。其中，设备维修管理模块是本软件的核心。系统功能树如图1所示。
设备档案管理模块主要完成对大量设备文档资料的基本信息进行统一有效的管理，使维修人员在急需相关资料时，可以很快地根据页面显示的信息找到资料的存放位置及其主要内容；另外，系统管理借用资料者的借人、借出信息。

图1  系统功能树
系统管理模块主要完成的功能是对维修人员的基本工作及个人信息进行管理；此外还用于各维修部门对软件使用权限及密码的管理。
备件管理模块主要针对该企业当前机床备件种类多、数量多的特点，对备件进出入库的流程和备件基础及使用信息作了规范化的处理，有效控制备件的库存数量，为降低因备件的不合理存放和名称代号的混淆而造成的成本浪费以及设备维修的时间滞后，起到了有效的控制作用。
设备管理模块完成了对设备基础信息以及设备安装验收过程中存在的问题信息的统一管理，方便了维修人员对设备信息的查询。
设备维修管理模块是软件系统的核心，其主要由设备故障信息管理、设备维修信息管理、巡检信息管理、值班信息管理以及设备使用状态管理几个子模块组成。在该模块下的管理界面中，全部采用框架式页面操作(上层界面显示设备信息，下层页面显示各子功能模块的信息管理)，即实现设备信息到相关子功能模块信息的关联查询。另外，为减少维修人员的信息录人量，方便用户操作，软件系统实现厂设备巡检信息、值班日志信息、故障信息和维修信息串联，即各级维修人员在进行巡检和值班时发现的维修问题，在其录入信息时只需录人一次巡检和值班信息，而所发现的故障和维修信息将自动录入到故障和维修管理子模块中，以供上一级维修管理人员使用。后，为了便于管理层对全公司所有设备的运行状态进行了解以及在此基础上进行生产上的设备合理调配，软件系统提供了设备使用状态管理模块，用户只需将少量的基础数据录入系统后，系统便会自动产生一系列的设备运行参数统计，并可进行柱状图的输出显示。在诸多的统计运行参数中包括了：MTBF(平均无故障工作时间)、FDR(故障持续率)、MTTR(平均维修时间)、FFR(故障频率)、设备运转率、设备运行率、计划停机率、非计划停机率、故障率、系统故障率、电器故障率、机械故障率、液压故障率、润滑故障率、主轴故障率、伺服故障率、冷却故障率等可以为管理者提供完整的没备运行状况的参数统计，为相关管理者在生产过程中的设备调配等生产管理提供强有力的支持。图2是设备使用状态的操作界面，其中界面上层显示已查询出的设备信息，下层显示的是对应该设备在任意时间段内的设备运行参数。是某些设备运行参数的图形显示。

图2  没备使用状态的操作界面

3  结束语

该数控机床维修管理软件经过一段时间的实际运行，证明其对该企业的设备维修业务水平的提高有了明显的促进作用，主要体现在以下几个方面：(1) 规范了维修信息的处理，基本实现了维修业务的无纸化办公，为该公司的网络信息化建设做出了一定贡献。(2)实现了维修信息的及时反馈，使管理者能够及时了解全公司的设备情况，缩短了维修时间。 (3)辅助决策的功能，使得管理者可以根据任意时间段内的设备使用状况，更好地安排设备使用，并使修业务水平有进一步提高。

图3 某些设备运行参数的图形显示

1 前言

螺旋齿刀具是指切削刃为螺旋线形的切削刀具，如圆柱形铣刀、立铣刀及螺旋槽铰刀等。这类刀具的刃磨一般是在工具磨床上借助附件由工艺操作人员手工完成，根据火花判断砂轮与刀齿接触与否，凭手感掌握背吃刀量，而且一个刀齿必须一次刃磨完成。因此，对操作者要求较高，且难以保证刃磨质量，刃磨效率也不高。笔者对螺旋齿刀具的数控刃磨方法进行了研究，并据此设计了一种小型经济型数控工具磨床，从而可解决未知参数螺旋齿刀具的数控刃磨问题。

2 数控工具磨床的传动系统

图1是该数控工具磨床机械部分的传动系统。图中，Y、Z轴为工作台横、纵向运动；X轴为磨头升降运动；C轴为刀具(工件)旋转运动。通过手动可以调整磨头绕X轴转动；砂轮及刀具的上仰、下俯；刀具变速箱在水平面内转动。

图1 传动系统简图

3 控制系统硬件结构
控制系统硬件结构如图2所示，以单片机8031为CPU，通过其P2口的低7位和P0口外扩32KBEPROM27256存放系统程序，P2口的低3位和P0口外扩2KBRAM6116存放数据，P2口的高五位用于地址译码，用以选通LED显示电路、接口芯片(8155、8255)、数据存储器(6116)和锁存器(273)，P1口接步进电动机手动控制电路，步进电动机驱动脉冲信号由P0口输出经锁存器(273)送至步进电动机驱动器；8255的PA口接系统程序的启动、暂停按钮和工作方式(参数输入方式、测量方式、对刀方式及自动方式)转换开关，PB口用于刀具螺旋齿测量信号和其它辅助功能信号输入，PC口用于输出辅助功能信号；8155的PA口和PC口分别接键盘的行线和列线，PB口接刃磨刀具种类选择开关。

图2 硬件构成框图

4 螺旋齿几何参数测量

数控刃磨时，需确定刀具轴向进给与周向进给之间的对应关系，由于生产中，螺旋齿刀具的螺旋角β和导程户一般都是未知的，所以在刃磨前，需测出螺旋齿的有关参数。为此，将螺旋齿展开成图3所示的一条直线。设轴向进给长度(包括磨人长度l1、刀刃长度l2及磨出长度l3)为l，则与其对应的周向进给弧长(包括磨人弧长s1、刀刃弧长s2及磨出弧长s3)为s0为确定弧长s，可先测一段螺旋线的几何参数，再根据相似三角形，求出弧长‘。为此，刃磨前，在磨头上装一测量头，测量头的测量电路与刀具一起组成闭合回路(图4)。测量时，在测量方式下，利用手动功能，首先使测量头与刀齿接触，然后使刀具直线移动或转动，测量头相对于刀具的运动轨迹如图3中的1或2，这时控制系统自动记录下刀具直线移动步数Z1和转动步数C1，且根据Z轴的脉冲当量将由操作面板输入的进给长度/转换成步进电动机转动步数Ze，利用已测得的Z1、C1和图3的几何关系，求出C轴转动步数Ce，以(Ze、Ce)为直线的终点坐标，由刀具直线移动和转动作两轴联动直线插补。

图3 螺旋线的展开
为防止C向的测量超程误差(因刀齿与测量头之间距离不足一个脉冲当量产生的，该误差小于一个脉冲当量)影响螺旋线导程精度，一方面应尽可能减小步—进电动机每步刀具转过的弧长当量δ。选用步距角较小的步进电动机，刃磨较大直径刀具时用小的传动比可以减小δ值。α=o.36°，u=，d=80mm。

式中：α为步进电动机步距角；d为刀具直径；u为变速箱传动比。

图4 测量电路
另一方面，增大Z向测量长度也可减小C向超程误差对螺旋线导程精度的影响。

5 控制系统软件

软件采用模块化结构，模块的执行取决于操作面板上的方式开关状态。系统主程序在完成I/O口的设置及将各项数据存放单元清零等初始化工作后，根据方式开关的状态，进入其中的一种，其主要的工作方式如下：
(1)参数输入方式。根据系统提示符，从键盘依次输入刀齿数、刀齿旋向、进给长度、刃磨余量、进给次数、进给速度、Z轴和C轴的测量下限控制值Z1min和C1min等现场参数。
(2)测量方式。图5为测量程序流程图，利用Z轴和C轴的手动功能，使刀齿接触测量头，确定测量起始点。测量时，系统根据刀齿旋向确定刀具轴向和周向进给方向。当测量值达到或超过预置的Z1min和C1min时，按下C键，使刀齿转向测量头，两者一经接触，Z向和C向键按下无效，避免产生人为超程误差和损坏测量装置，然后完成计算返回主程序。
(3)对刀方式。刃磨前后刀面时，首先转动砂轮架刻度盘，使接触点的火花与该点切线方向一致，在手动方式下调整好对刀点，这时系统内部自动记录起点至对刀点的刀具移动步数Z2，然后置方式开关为对刀方式。启动对刀程序后，系统首先取出内部记录的参数Z1、C1及Z2，根据计算刀具退回起点时，刀具的转动步数C2，后以  (Z2、C2)为起点，做直线插补，刀具退回到刃磨起点(0，0)。

图5  测量程序流程图

图6  自动刃磨程序流程图
(4)  自动方式。自动刃磨程序流程图如图6所示，其中，厂为每个刀齿的刃磨余量；i为刃磨每个刀齿的进给次数；n为刀齿数。
在循环中以刀齿为内循环，进给次数为外循环，即每进给一次，全部刀齿刃磨一遍，这样刀齿受热变形均匀，磨去的余量相同，能保证刃磨后刀齿位于同一圆周上。分度步数m带小数时，取整，小数累加到下一次分度步数中。