【正文】 采用的計算機系統(tǒng)為32 位以上控制器，機床的進給大多采用交流伺服驅(qū)動，除了一般數(shù)控系統(tǒng)的功能外，應(yīng)該至少能實現(xiàn) 5 軸或 5 軸以上的聯(lián)動控制，最小進給分辨率為 ，最大快速移動速度可以達到 100m/min 或更高，具有三維動畫圖形功能和宜人的圖形用戶界面，同時具有豐富的刀具管理功能、寬調(diào)速主 6 軸系統(tǒng)、多功能智能化監(jiān)控系統(tǒng)和面向用戶的宏程序功能，還有很強的職能診斷和智能工藝數(shù)據(jù)庫，能實現(xiàn)加工條件的自動設(shè) 定，并能實現(xiàn)計算機的聯(lián)網(wǎng)和通信。 數(shù)控技術(shù)發(fā)展回顧及未來發(fā)展趨勢 數(shù)控（ NC）階段（ 19521970 年） 早期的計算機運算速度低，這對當(dāng)時的科學(xué)計 算和數(shù)據(jù)處理影響不大，但不能適應(yīng)機床實時控制的要求。 計算機數(shù)控（ CNC）階段（ 1970 年 至今） 1970 年研制成功了大規(guī)模集成電路，并將其用于通用小 型計算機。 1974 年，微處理器應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)。 未來的發(fā)展 7 當(dāng)今的計算機業(yè)的高速發(fā)展，并且計算機業(yè)已經(jīng)基本成熟，所以數(shù)控系統(tǒng)還是以 PC 為基礎(chǔ)，開發(fā)以 PC 為基礎(chǔ)的控制器，這種控制器可以將數(shù)控系統(tǒng)與 PC 直接連接，這樣可以直接實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，大大提高了控制器的能力，還將降低控制器的成本。即 1970 年的第四代 — 小型計算機數(shù)控系統(tǒng)； 1974 年的第五代 — 微處理器組成的數(shù)控系統(tǒng)； 1990 年的第六代 — 基于 PC 的數(shù)控系統(tǒng) 。 數(shù)控機床的核心是控制器，三菱公司推出了高質(zhì)量、高性價比的 CNC系統(tǒng)，它提供了豐富而先進的功能。 10 （ b） 三菱 M64S 數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 三菱 M64S 數(shù)控系統(tǒng)的特點 （ 1）所有 M64S 系列控制器都標(biāo)準配備了 RISC 64 位 CPU，具備目前世界上最高水準的 硬件性能。 （ 5）可對應(yīng)內(nèi)含以太網(wǎng)絡(luò)和 IC 卡界面，即使在程序運轉(zhuǎn)中，所有內(nèi)藏資料都可以傳輸對立。 （ 10）簡易式對話程序軟件。 11 第二章 三菱 M64S 數(shù)控系統(tǒng)硬件 組成 在本 次 畢業(yè)設(shè)計中 所用的 三菱 M64S 數(shù)控 系統(tǒng)的配置 是標(biāo)準配置，包括插口與配線，這為我 畢業(yè)設(shè)計的研究 提供 了方便。控制器圖見圖 （ b） 所示： 12 圖 （ b） 控制器外型圖 注： ① HR171 卡 FG 端子 ② NCNO：通常設(shè)為 0 ③ SW2：通常為 ON ④ AUX2 接頭：通常不使用 ⑤ AUX1 接頭：接顯示器 ⑥ DC1N 直流 24V 電源接口 ⑦ EMG 急停信號輸入接口 ⑧ AUX1 顯示屏幕連接接口，與顯示屏幕的 CR02 連接 （ 2） 控制單元開關(guān)設(shè)定 NC SYS 設(shè)定見表 表 NC SYS 設(shè)定 設(shè)定 操作模式 內(nèi)容 0 正常系統(tǒng)執(zhí)行 系統(tǒng)動作時 1 PLC 停止 PLC 程式的停止 7 SRAM 全消除 B 系統(tǒng)版本更新 顯示 單元 顯示單元可以是 CRT 顯示也可以是 LCD 顯示，該系統(tǒng)采用的顯示單元是 ”color LCD 顯示器 FCU6DUN33+KB20/KB30，與 CRT 顯示相比較，畫面更清晰，色彩更新，可視性更突出。 5%，波紋 200MV MAX，輸出電源 3A。 機械控制信號與基本 I/O 單元控制信號連接如圖 所示 ： 圖 控制信號連接 控制器與基本 I/O 單元 的 連接 控制器與基本 I\O 輸入輸出關(guān)系連接圖如圖 所示 ： 圖 控 制器與基本 I\O 輸入輸出單元連接圖 17 基本 I/O 單元伺服驅(qū)動單元的連接 基本 I/O 單元具有兩個伺服驅(qū)動的接口 SV1（ 1 系統(tǒng)）、 SV2（ 2 系統(tǒng)），在本次畢業(yè)設(shè)計中僅 使用了 SV1 接口，伺服驅(qū)動單元串聯(lián)連接于該插頭。 數(shù)控加工中心設(shè)計 概述 數(shù)控加工中心擁有較為復(fù)雜的機械結(jié)構(gòu)，它需要多個 電機來完成其相應(yīng)的功能，比如：刀臂電機、刀庫電機、切削液電機、主軸冷卻液電機、排屑電機以及主軸和進給軸的伺服電機等。通過他們之間的共同作用可以控制加工中心各個運動部件和加工部件。其內(nèi)部軟件設(shè)計主要是 PLC 程序和各個 NC 參數(shù)的設(shè)定。其中伺服電源控制回路與 NC 電源是分開控制。例如：刀庫正轉(zhuǎn)信號 Y2D， 當(dāng) 其 有信號輸出時，其下面所 連 接的繼電器線圈 KA4通電且二極管作為 指示燈發(fā)光，圖 觸點閉合，接觸器線圈 KM4通電 ，所以主電路（圖 ）中接觸器 KM4主觸點接通倒庫電機正轉(zhuǎn)。 U、 V、 W 伺服電機輸出，連接到伺服電機電源端（ U、V、 W） 。從信號流程圖可 以看出，一臺數(shù)控加工中心 內(nèi)部信號的交換大體可以劃分三部分，即控制器、機器 /機器操作面板、可編程邏輯控制器 (PLC)。 信號流程圖 信號流程圖是根據(jù)數(shù)控機床 系統(tǒng)信息交換繪制而成，讓我們更直觀的了解數(shù)控機床內(nèi)部信息流向，如 圖 所示： 31 圖 信號流程圖 數(shù)控加工中心輸入輸出信號 地址 三菱 M64S 數(shù)控系統(tǒng)的輸入輸出的硬件有基本 I/O 單元、遠程 I/O 單元。 在設(shè)計中我所使用的控制面板如圖 所示 ： 圖 控 制面板 至于 CNC 到 PLC 的信號和 PLC 到 CNC 的信號，由于信號都是固定，工程人員一般是不可以開發(fā)的。 35 表 OUTPUT HR3337(操作面板信號 ) 元件 信號簡稱 信號名稱 元件 信號簡稱 信號名稱 Y0 X 軸歸原點 B20 Y10 F5 F5 功能 A20 Y1 Y 軸歸原點 B19 Y11 +X X 軸正行程 A19 Y2 Z 軸歸原點 B18 Y12 超程 A18 Y3 第四軸歸原點 B17 Y13 X X 軸負行程 A17 Y4 CLAMP(夾松刀 ) B16 Y14 O T Rel 過行程解除 A16 Y5 M02/M30 B15 Y15 +Y Y 軸正行程 A15 Y6 NC? NC 異警 B14 Y16 Z Z 軸負行程 A14 Y7 Mfail B13 Y17 +4 第四軸正方向 A13 Y8 LuBe? 潤滑油異警 B12 Y18 F6 F6 功能 A12 Y9 F4 F4 功能 B11 Y19 O R I 主軸定位 A11 YA 刀臂正轉(zhuǎn) B10 Y1A SP CCW 主軸反轉(zhuǎn) A10 YB 刀臂反轉(zhuǎn) B09 Y1B SP STOP 主軸停止 A09 YC 4 第四軸負方向 B08 Y1C SP CW 主軸正轉(zhuǎn) A08 YD +Z Z 軸正方向 B07 Y1D S B K 單節(jié)程式執(zhí)行 A07 YE Y Y 軸負方向 B06 Y1E M01 選擇性停止 A06 YF 刀庫反轉(zhuǎn) B05 Y1F D R N 試運轉(zhuǎn) A05 36 表 OUTPUT HR337(操作面板信號 ) 元件 信號簡稱 信號名稱 元件 信號簡稱 信號名稱 Y20 B D T 單節(jié)刪除 B20 A20 Y21 M L K 機器鎖固 B19 A19 Y22 Z LOOK Z 軸鎖固 B18 A18 Y23 A F L 輔助機能鎖固 B17 A17 Y24 F1 F1 功能 B16 A16 Y25 FEED HOID 暫停 B15 A15 Y26 CYCLE START 程式啟動 B14 A14 Y27 Spindl cool B13 A13 Y28 伺服強電 B12 A12 Y29 AUTO 冷卻水自動 B11 A11 Y2A MAN 冷卻水手動 B10 A10 Y2B AIR BLOW 氣壓 B09 A09 Y2C CHIP CVY 卷切削動作 B08 A08 Y2D MAG CW 刀庫正轉(zhuǎn) B07 A07 Y2E F2 F2 功能 B06 A06 Y2F F3 F3 功能 B05 A05 37 數(shù)控加工中心 PLC 控制 程序 設(shè)計步驟 梯形圖程序的設(shè)計是本次設(shè)計的重點和難點 在 數(shù)控加工中心的程序 。我將控制面板上的一些輸入信號地址規(guī)定如下表。要做說明的是 PLC 開關(guān)，我們在屏幕上可以設(shè)定 32 點 PLC 開關(guān)并執(zhí)行開 /關(guān)操作。機器 /機器操作面板與可編程邏輯控制器的信號只有 X、 Y 信號，即一些開關(guān)量的輸入輸出信號，這些信號要通過工程人員的開發(fā)實現(xiàn)某種功能 。數(shù)控加工中心 能夠完成加工所需要的各項功能除了需要機床本體硬件外，還需要軟 件程序的支持，軟件程序就是機床各部件運動指令，經(jīng)過研究分析，我 設(shè)計了 數(shù)控加工中心 PLC 控制 程序。 在數(shù)控加工中心中的三個進給軸由于機械結(jié)構(gòu)的限制，一定要有相應(yīng)的限位開關(guān)，每個軸在正負方向上都是需要的，所以在這里我有限位開關(guān) SQXSQX SQY SQY SQZ SQZ2來表示，當(dāng)加工中心運行范圍超過這幾個限位開關(guān)時，其常閉開關(guān)打開，繼電器 KA9線圈停止通電，其常開觸點 閉合，相應(yīng)的伺服強電部分停止運作，在將加工中心做相應(yīng)的調(diào)整之后要解除超程，按鈕 SB2可完成這一功能。 主回路 /電氣控制回路 圖 主電路 如圖 主回路 ，圖中的幾個電機為三相交流異步電機額定電壓是 380V，是依照數(shù)控加工中心 510的機械結(jié)構(gòu)選擇的， 在伺服部分，由于在本次畢業(yè)設(shè)計中選用的驅(qū)動以及進給電機和主軸電機是日本三菱公司成產(chǎn)的，所以其額定電壓為三相 220V交流，估需要加變壓器來獲得相應(yīng)的電壓，變壓器的功率最小值為伺服強電部分中各電器功率之和的 。 電氣控制回路部分控制電壓 220V 由電源直接供電。顯示單元主要是顯示有關(guān)信息，以便人 機交互。在本次畢業(yè)設(shè)計中是基于數(shù)控加工中心 510 來進行的，所以進給軸驅(qū)動使用 MDSBSPJ237，進給軸電機 X、 Y 軸使用型號 為 HC152TA47 的伺服電機， Z 軸使用型號為HC152BTA47 與其他兩進給軸之間的區(qū)別在于有包閘功能 ,主軸 驅(qū)動單元型號為 MDSBSPJ237，主軸電機型號 。手輪脈沖發(fā)生器可以選擇一個脈沖的進給量，進給量為 毫米（ *1）， 毫米（ *10）， 毫米（ *100）等基本進給單位。每一臺控制單元須有 1 臺基本 I/O 單元相配套，遠程 I\O 的使用視實際情況的需要進行取舍，連接基本 I/O 單元或控制單元除 DI/DO 功能，也可以進行模擬輸入和模擬輸出。顯示單元的電路如圖 所示： 13 圖 顯示單元的連 接 開關(guān) 電源 及急停按鈕配線 開關(guān)電源 電源模塊主要是將三相交流電轉(zhuǎn)換 成直流電，為主軸模塊和伺服模塊提供直流電流。 三菱 M64S 數(shù)控系統(tǒng) NC 單元 控制 及顯示單元 控制單元 控制單元是數(shù)控系統(tǒng)的核心，負責(zé)與顯示單元、鍵盤單元、基本 I/O單元、手動脈沖發(fā)生器、 RS232 儀器等設(shè)備的信息進行交換和處理。 （ 12）特殊 G 代碼和固定循環(huán)程序，如 G12/13， G34/35/36， 等。 （ 8）緩沖區(qū)修正機能擴展，可對應(yīng) HPS/計算機鏈接 B/DNC/記憶 /MDI等 模式。 （ 3） SSS（ Super Smooth Surface）超高平滑表面控制，大幅改善模具加工精度及時間要求。 三菱 M64S 數(shù)控系統(tǒng)簡介 數(shù)控加工中心結(jié)構(gòu) 數(shù)控加工中心的結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示 ： 8 圖 數(shù)控加工中心電氣組成結(jié)構(gòu)框圖 由圖 結(jié)構(gòu)框圖可知，加工中心電氣組成分別由 CNC 數(shù)控系統(tǒng)，進給伺服軸，主軸及其他軸電力電器、電機等組成。因此，即使在工業(yè)發(fā)達國家，數(shù)控機床 大規(guī)模地得到應(yīng)用和普及也是在 20 世紀的 70 年代末、 80 年代初的事情，也就是說，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展和普及經(jīng)過了近 30 年。同時數(shù)控機床還向小型化發(fā)展。由于微處理器是通過計算機的核心部件，故此時的數(shù)控系統(tǒng)仍然成為計算機數(shù)控。于是，小型計算機作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，數(shù)控機床進入了計算機數(shù)控（ CNC） 階段。這種數(shù)控裝置稱為硬件連接數(shù)控裝置(HARDWIRED NC)，簡稱為數(shù)控 (NC)。在這 50