【正文】 循相同約束規(guī)則的對(duì)象構(gòu)成一個(gè)類，在同一類中的各個(gè)對(duì)象都具有相同的屬 性。因而，可將組合機(jī)床定義為一個(gè)類，而所設(shè)計(jì)的每一臺(tái)具體機(jī)床則是該類的一個(gè)物件。這種組合機(jī)床類是一個(gè)復(fù)雜的類，它由各種不同的屬性所構(gòu)成。每種屬性又包含不同的子類，子類又有子類，形成一種類的層次關(guān)系。下面是以類定義的組合床裝配模型，在該裝配模型中包含如下的屬性： 組 合機(jī)床 類 管理 屬 性：機(jī)床名 稱、圖號(hào) 、 設(shè)計(jì) 者、 設(shè)計(jì)說 明、日期等； 工 作屬 性：工作名 稱、 材料、材料特性、定位基準(zhǔn)， CGS 檔指 針 ； 功能 屬 性：加 工工藝 面 類 {標(biāo)識(shí) 、方位、 工藝類 型、加工孔 類 ； 標(biāo)識(shí) 、坐 標(biāo)、 孔 類 型 、形 狀參數(shù) ； 裝夾 、冷 卻 、照明及其它 輔 助功能； 工藝屬 性：切削用量 類 ； 刀具 類 ； 支承 導(dǎo) 向 類 ； 結(jié) 構(gòu) 屬 性：加工 單 元 類 {標(biāo)識(shí) 、方位， 部 件類 ； 裝配關(guān) 系和位置 約 束； 工作臺(tái)或中 間 底座 類 ； 夾 具 類 ； 輔 助 裝配類 ； 裝配關(guān) 系和位置 約 束； (1)管理 屬 性：包括機(jī)床名 稱、圖號(hào) 、 設(shè)計(jì) 者、 設(shè)計(jì)說 明等； (2)工件 屬 件：工件是 組 合機(jī)床 設(shè)計(jì) 的基 礎(chǔ) ，也是 產(chǎn) 生工序 圖 的依據(jù)，除了工件名 稱、 材料等特性之外 ，還應(yīng) 包括工件造型的 CSG 文件指 針、 定位基準(zhǔn)等信息； (3)功能 屬 性：如第 節(jié)所述 ， 這 里主要以加 工工藝 面 類 描述所 設(shè)計(jì) 機(jī)床 7 的功能需求； (4)工藝屬 性： 工藝屬 性包括切削用量、切削刀具以及刀具的支承 導(dǎo) 向等 工藝內(nèi) 容。 工藝屬 性和功能 屬 性具有某種 對(duì)應(yīng)關(guān) 系，例如： 工藝 面中每一加工元素(譬如加工孔 )，都 應(yīng)有 相 應(yīng) 的刀具、切削用量，以及支承 導(dǎo) 向與之 對(duì)應(yīng) 。 (5)結(jié) 構(gòu) 屬 性： 該屬 性 應(yīng) 能反映出整 個(gè) 機(jī)床的 配置、布局和 裝配約 束 關(guān) 系。對(duì) 于機(jī)床整體而言，包含有各加工 單 元、工作臺(tái)或中 間 底座、 夾 具、 電氣 液 壓系統(tǒng) 和其它 輔 助 裝 置，以及它 們之間 的 裝配關(guān) 系 和約 束 關(guān) 系；而 對(duì) 于每一加工 單 元，則 又有各 個(gè) 通用和 專用部 件 組 成， 這 些部件又有自身的 裝配和約 束 關(guān) 系，每 個(gè) 部件又有多種零件 組 成， 從 而構(gòu)成了一 個(gè) 具有 層 次 結(jié) 構(gòu)的 裝配樹 。 組合機(jī)床及其體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀 隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，一種新型的組合機(jī)床 —— 柔性組合機(jī)床越來越受到人們的青睞，它應(yīng)用多位主軸箱、可換主軸箱、編碼隨行夾具和刀具的自動(dòng)更換，配以可編程序控制器（ PLC）、數(shù)字控制 （ NC）等，能任意改變工作循環(huán)控制和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，并能靈活適應(yīng)多品種加工的可調(diào)可變的組合機(jī)床。由過去的 “ 剛性 ” 機(jī)床結(jié)構(gòu)，向 “ 柔性 ” 化方向發(fā)展，超高速和超高精度加工技術(shù)裝備與復(fù)合、多功能、多軸化控制設(shè)備等深受歡迎。 隨著可編程控制器在工控領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用， PLC 控制的組合機(jī)床漸漸取代了采用繼電器控制的組合機(jī)床。本文主要介紹了基于殼體類攻絲組合機(jī)床的 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 8 第 2 章 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) PLC 簡介 PLC 即可編程邏輯控制器，一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)， 專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入 /輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程，是工業(yè)控制的核心部分。與傳統(tǒng)繼電器控制比較 PLC 控制系統(tǒng)有以下優(yōu)勢(shì)： 1. 功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高 一臺(tái)小型 PLC 內(nèi)有成百上千個(gè)可供用戶使用的編程元件，有很強(qiáng)的功能，可以實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。與相同功能的繼電器相比，具有很高的性能價(jià)格比?？善绦蚩刂破骺梢酝ㄟ^通信聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)分散控制，集中管理。 2. 硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng) 可編程序控制器產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，系列化，模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用。用戶能靈活方便的進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同的功能、不規(guī)模的系統(tǒng)。楞編程序控制器的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。 PLC 有很強(qiáng)的帶負(fù)載能力，可以直接驅(qū)動(dòng)一般的電磁閥和交流接觸器。 3. 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器。由于觸點(diǎn)接觸不良，容易出現(xiàn)故障， PLC 用軟件代替大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有 關(guān)的少量硬件，接線可減少互繼電器控制系統(tǒng)的1/101/100，因觸點(diǎn)接觸不良造成的故障大為減少。 PLC 采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，平均無故障時(shí)間達(dá)到數(shù)萬小時(shí)以上，可以直接用于有強(qiáng)烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)， PLC 已被廣大用戶公認(rèn)為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。 4. 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少 9 PLC 用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計(jì)、安裝、接線工作量大大減少。 PLC 的梯形圖程序一般采用順序控制設(shè)計(jì)方法。這 種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設(shè)計(jì)時(shí)間比設(shè)計(jì)繼電器系統(tǒng)電路圖的時(shí)間要少得多。 PLC 的用戶程序可以在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，輸入信號(hào)用小開關(guān)來模擬，通過PLC 上的發(fā)光二極管可觀察輸出信號(hào)的狀態(tài)。完成了系統(tǒng)的安裝和接線后，在現(xiàn)場(chǎng)的統(tǒng)調(diào)過程中發(fā)現(xiàn)的問題一般通過修改程序就可以解決，系統(tǒng)的調(diào)試時(shí)間比繼電器系統(tǒng)少得多。 5. 編程方法簡單 梯形圖是使用得最多的可編程序控制器的編程語言，其電路符號(hào)和表達(dá)方式與繼電器電路原理圖相似，梯形圖語言形象直觀，易學(xué)易懂，熟悉繼電器電路圖的電氣技術(shù) 人員只要花幾天時(shí)間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序。 梯形圖語言實(shí)際上是一種面向用戶的一種高級(jí)語言，可編程序控制器在執(zhí)行梯形圖的程序時(shí)，用解釋程序?qū)⑺胺g”成匯編語言后再去執(zhí)行。 6. 維修工作量少，維修方便 PLC 的故障率很低，且有完善的自診斷和顯示功能。 PLC 或外部的輸入裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時(shí)，可以根據(jù) PLC 上的發(fā)光二極管或編程器提供的住處迅速的查明故障的原因，用更換模塊的方法可以迅速地排除故障。 7. 體積小，能耗低 對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，使用 PLC 后，可以減少大量的中間 繼電器和時(shí)間繼電器，小型 PLC 的體積相當(dāng)于幾個(gè)繼電器大小，因此可將開關(guān)柜的體積縮小到原來的確 1/21/10。 PLC 的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 PLC 硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，基本構(gòu)成 主要包括電源、中央處理單元、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口電路、功能模塊、通信模塊。 PLC 的工作原理可以簡單地表述為：在系統(tǒng)程序的管理下，通過運(yùn)行應(yīng)用程 10 序，對(duì)控制要求進(jìn)行處理判斷，并通過執(zhí)行用戶程序來實(shí)現(xiàn)控制任務(wù)。但是，在時(shí)間上， PLC 執(zhí)行的任務(wù)是按串行方式進(jìn)行的，其具體的運(yùn)行方式與繼電器 接觸器控制系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)控制系 統(tǒng)都有著一定的不同。 當(dāng) PLC 投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。 當(dāng) PLC 開始上電運(yùn)行時(shí)，首先清除 I/O 映像區(qū)的內(nèi)容，然后進(jìn)行自診斷，確認(rèn)正常后開始掃描。對(duì)每個(gè)程序， CPU 從第一條指令開始逐條執(zhí)行用戶程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條指令，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)，因此， PLC 的工作方式是一種串行循環(huán)工作方式。 完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間， PLC 的 CPU 以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。 PLC 的組成 CPU 是 PLC 的核心部分。與通用微機(jī) CPU 一樣， CPU 在 PC 系統(tǒng)中的作用類似于人體的神經(jīng)中樞。其功能： （ 1）用掃描方式（后面介紹）接收現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入輸入映象寄存器或數(shù)據(jù)寄存器； （ 2）接收并存儲(chǔ)從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)； （ 3）診斷電源和 PC 內(nèi)部電路的工作狀態(tài)及編程過程中的語法錯(cuò)誤； （ 4）在 PC 進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后： a）執(zhí)行用戶程序 —— 產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)（從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取指令，經(jīng)命令解釋后，按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去啟閉有關(guān)的控制電路） b）進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 —— 分時(shí)、分渠道地執(zhí)行數(shù)據(jù)存取、傳送、組合、比較、變換等動(dòng)作，完成用戶程序中規(guī)定的邏輯或算術(shù)運(yùn)算任務(wù) c）更新輸出狀態(tài) —— 輸出實(shí)施控制（根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出映象寄存器的內(nèi)容，再由輸入映象寄存器或數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)輸出控制、制表、打印、數(shù)據(jù)通訊等） 系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器 ： 存放系統(tǒng)工作程序（監(jiān)控程序）、模塊化應(yīng)用功能子程序、 11 命令 、 解釋、功能子程序的調(diào)用管理程序和系統(tǒng) 參數(shù)， 不能由用戶直接存取 。 用戶程序存儲(chǔ)器 ： 存放用戶程序。即用戶通過編程器輸入的用戶程序。 功能存儲(chǔ)器（數(shù) 據(jù)區(qū)） ： 存放用戶數(shù)據(jù) PC 的用戶存儲(chǔ)器通常以字（ 16 位 /字）為單位來表示存儲(chǔ)容量。 注意：系統(tǒng)程序直接關(guān)系到 PC 的性能，不能由用戶直接存取，所以，通常 PC 產(chǎn)品資料中所指的存儲(chǔ)器形式或存儲(chǔ)方式及容量，是指用戶程序存儲(chǔ)器而言。 （輸入 /輸出部件） I/O： CPU 與現(xiàn)場(chǎng) I/O 裝置或其他外部設(shè)備之間的連接部件。 PLC 提供了各種操作電平與驅(qū)動(dòng)能力的 I/O 模塊，以及各種用途的 I/O 組件供用戶選用：輸入 /輸出電平轉(zhuǎn)換 、 電氣隔離 、串 /并行轉(zhuǎn)換 、 數(shù)據(jù)傳送 、 A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換 、 誤碼校驗(yàn) 、其他功能模塊 。 I/O 模塊可與 CPU 放在一起，也可遠(yuǎn)程放置。通常， I/O 模塊上還具有狀態(tài)顯示和 I/O 接線端子排。 編程器 ： PLC 開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測(cè)運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的工具 ?？煞譃?簡單型 ，即 只能聯(lián)機(jī)編程；只能用指令清單編程 。 智能型 ，即 既可聯(lián)機(jī)（ Online），也可脫機(jī)（ Offline）編程；可以采用指令清單（語句表）、梯形圖等語言編程。?？芍苯右噪娔X作為編程器，安裝相關(guān)的編程軟件編程 。 作用：用于用戶程序的編制、編輯、調(diào)試、檢查和監(jiān)視 。例如 通過鍵盤和顯示器去檢測(cè) PLC 內(nèi)部狀態(tài)和參數(shù) ，或者 通過通訊端口與 CPU 聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)與 PLC 的人機(jī)對(duì)話 。 注意：編程器不直接加入現(xiàn)場(chǎng)控制運(yùn)行。一臺(tái)編程器可開發(fā)、監(jiān)護(hù)許多臺(tái)PLC 的工作。 其他外設(shè)：磁盤、光盤、 EPROM 寫入器（用于固化用戶程序）、打印機(jī)、圖形監(jiān)視系統(tǒng)或上位計(jì)算機(jī)等等。 ： 內(nèi)部 電源： 開關(guān)穩(wěn)壓電源，供內(nèi)部電路使用；大多數(shù)機(jī)型還可以向外提供DC24V 穩(wěn)壓電源，為現(xiàn)場(chǎng)的開關(guān)信號(hào)、外部傳感器供電。 外部 電源： 可用一般工業(yè)電源，并備有鋰電池（備用電池），使外部電源故障時(shí)內(nèi)部重要數(shù)據(jù)不致丟失。 12 PLC 程序的表達(dá)方式 由 PLC 的工作原理可知： PLC 是以程序的形式進(jìn)行工作的，為此，需要把控制任務(wù)變換為程序表達(dá)。 PLC 的程序表達(dá)方法非常靈活，目前常用的表達(dá)方法有四種：梯形圖、指令、邏輯功能圖和高級(jí)語言。下面對(duì)這些表達(dá)方法作簡要說明。 梯形圖 梯形圖是一種圖形語言，它與傳統(tǒng)的繼電器電路非常相似，它仍沿用繼電器的觸點(diǎn)、線圈、