【正文】 用數(shù)控系統(tǒng)結(jié)合繼電氣、接觸器等硬件電路實(shí)現(xiàn)功能控制，存在固有缺陷，如：繼電氣依靠觸點(diǎn)動作會產(chǎn)生火花和抖動，影響系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性、使用壽命較短、響應(yīng)速度較慢、功能靈活性較差、系統(tǒng)硬件規(guī)模較大等。 3) 冷卻耶的開 /關(guān)由手動旋鈕個(gè) M功能指令共同控制。主軸的控制包括正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止、制動和沖動等。 3) 網(wǎng)絡(luò)化 機(jī)床聯(lián)網(wǎng)可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和無人化操作。 4 體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展 1) 集成化 采用高度集成化 CPU、 RISC芯片和大規(guī)?？删幊碳呻娐?FPGA、 EPLD、CPLD以及專用集成電路 ASIC芯片，可提高數(shù)控系統(tǒng)的集成度和軟硬件運(yùn)行速度。 3) 插補(bǔ)和補(bǔ)償方式多樣化 4) 內(nèi)裝高性能 PLC 數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)裝高性能 PLC 控制模塊，可直接用梯形圖或高級語言編程，具有直觀的在線調(diào)試和在線幫助功能。 工藝復(fù)合性和多軸化 以減少工序、輔助時(shí)間為主要目的的復(fù)合加工，正朝著多軸、多系列控制功能方向發(fā)展。 5 軸聯(lián)動加工 bsp 采用 5 軸聯(lián)動對三維曲面零件的加工，可用刀具最佳幾何形狀進(jìn)行切削，不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。從目前世界 上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢來看，其主要研究熱點(diǎn)有以下幾個(gè)方面 。從 1995年 “ 九五 ” 2 以后國家從擴(kuò)大內(nèi)需啟動機(jī)床市場，加強(qiáng)限制進(jìn)口數(shù)控設(shè)備的審批，投資重點(diǎn)支持關(guān)鍵數(shù)控系統(tǒng)、設(shè)備、技術(shù)攻關(guān)，對數(shù)控設(shè)備生產(chǎn)起到了很大的促進(jìn)作用，尤其是在 1999 年以后，國家向國防工業(yè)及關(guān)鍵 民用工業(yè)部門投入大量技改資金，使數(shù)控設(shè)備制造市場一派繁榮。 90 年代的全世界數(shù)控機(jī)床制造業(yè)都經(jīng)過重大改組。 PLC 取代繼電器控制電路，適合于執(zhí)行邏輯運(yùn)算和順序控制等操作，控制各類機(jī)械或生產(chǎn)過程，廣泛的應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床的工業(yè)控制中。在機(jī)床的實(shí)際設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程中，為了提高數(shù)控機(jī)床加工的精度，對其定位控制裝置的選擇就顯得尤為重要。隨著 PLC 技術(shù)的發(fā) 展 , 它在位置控制、過程控制、數(shù)據(jù)處理等方面的應(yīng)用也越來越多。整機(jī)控制系統(tǒng)具有程序設(shè)計(jì)思路清晰、硬件電路簡單實(shí)用、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)，具有良好的性能價(jià)格比等顯著優(yōu)點(diǎn)，其軟硬件的設(shè)計(jì)思路可供工礦企業(yè)的相關(guān)數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)改造借鑒。 國內(nèi)外數(shù)控技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r 世界制造業(yè)在 20 世紀(jì)末的十幾年中經(jīng)歷了幾次反復(fù)，曾一度幾乎快成為夕陽工業(yè)，所以美國人首先提出了要振興現(xiàn)代制造業(yè)。但總的來說，技術(shù)水平不高，質(zhì)量不佳，所以在90 年代初期面臨國家經(jīng)濟(jì)由計(jì)劃性經(jīng)濟(jì)向市場經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)移調(diào)整，經(jīng)歷了幾年最困難的蕭條時(shí)期，那時(shí)生產(chǎn)能力降到 50％，庫存超過 4個(gè)月。 數(shù)控技術(shù) 的發(fā)展趨勢 數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，他對國計(jì)民生的一些重要行業(yè)（ IT、汽車、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來越重要的作用，因?yàn)檫@些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。為此日本先端技術(shù)研究會將其列為 5 大現(xiàn)代制造技術(shù)之一，國際生產(chǎn)工程學(xué)會（ CIRP）將其確定為21世紀(jì)的中心研究方向之一。 柔性化 包含兩方面：數(shù)控系統(tǒng)本身的柔性，數(shù)控系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，功能覆 蓋面大，可裁剪性強(qiáng)，便于滿足不同用戶的需求；群控系統(tǒng)的柔性，同一群控系統(tǒng)能依據(jù)不同生產(chǎn)流程的要求，使物料流和信息流自動進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，從而最大限度地發(fā)揮群控系統(tǒng)的效能。 2) 科學(xué)計(jì) 算可視化 科學(xué)計(jì)算可視化可用于高效處理數(shù)據(jù)和解釋數(shù)據(jù)，使信息交流不再局限于用文字和語言表達(dá)，而可以直接使用圖形、圖像、動畫等可視信息。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，應(yīng)用多媒體技術(shù)可以做到信息處理綜合化、智能化，在實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)和生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備的故障診斷、生產(chǎn)過程參數(shù)監(jiān)測等方面有著重大的應(yīng)用價(jià)值。根據(jù)不同的功能需求，將基本模塊，如 CPU、存儲器、位置伺服、 PLC、輸入輸出接口、通訊等模塊，作成標(biāo)準(zhǔn)的系列化產(chǎn)品，通過積木方式進(jìn)行功能裁剪和模塊數(shù)量的增減，構(gòu)成不同檔次的數(shù)控系統(tǒng)。 本文設(shè)計(jì)的任務(wù)和目的 1) 主軸為三相異步電動機(jī)，由交流接觸器控制正 /反轉(zhuǎn)。液壓尾座的伸出和退回由按鈕控制。 5) 當(dāng)出現(xiàn) X、 Z 軸限位，油泵過載、主軸過載或者伺服電機(jī)過熱時(shí)，發(fā)出急停信號，通知 CNC 進(jìn)行急停處理。目前 PLC編程技術(shù)已被普通用戶所掌握，但是，在數(shù)控機(jī)床復(fù)雜的功能控制中，國產(chǎn) PLC的應(yīng)用還只停留在輔助功能 M、刀具功能 T、主軸功能 S和開關(guān)量的控制及一些單一化功能的應(yīng)用上，對于數(shù)控前、后臺控制的其他功能還沒有完全開發(fā)出來，這也阻礙國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)向數(shù)字化控制、功能模塊化和開放式結(jié)構(gòu)方向發(fā)展，國外數(shù)控廠商，如西門子公司推出的數(shù)控系統(tǒng)中，采 用嵌入式 PLC，大大提高系統(tǒng)的集成度，整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)除一個(gè)微機(jī)平臺外，剩下的只有驅(qū)動的功率接口和反饋接口，實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化控制，既有效提高系統(tǒng)可靠性，又消除信息傳遞瓶頸，提高了系統(tǒng)性能。數(shù)控系統(tǒng)有兩大部分，一是 NC、二是 PLC，這兩者在數(shù)控機(jī)床所起的作用范圍 是不相同的。 6 在數(shù)控機(jī)床中這兩種控制任務(wù)，是密不可分的，它們按照上面的原則進(jìn)行了分工，同時(shí)也按照一定的方式進(jìn)行連接。通常由電源變壓器、控制變壓器、各種斷路器、保護(hù)開關(guān)、繼電器、接觸器等等構(gòu)成。反之， PLC 或繼電器邏輯控制來的控制信號，也必須經(jīng)過中間繼電器或轉(zhuǎn)換電路變成能連接到強(qiáng)電線路的信號，再由強(qiáng)電回路驅(qū)動執(zhí)行元件工作。它們可以共用一個(gè) CPU 也可以是單獨(dú)的 CPU 這種結(jié)構(gòu)從軟硬件整體上考慮 , PLC 和 NC 之間沒有多余的導(dǎo)線連接 , 增加了系統(tǒng)的可靠性 , 而且 NC 和 PLC 之間易實(shí)現(xiàn)許多高級功能。在采用這種應(yīng)用方式式，可根據(jù)用戶自己的的特點(diǎn)，選用不同專業(yè) PLC廠商的產(chǎn)品，并且可以更為方便的對控制規(guī)模進(jìn)行調(diào)整。數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)廠家可以方便的根據(jù)機(jī)床的功能和配置，對 PLC程序和地址分配進(jìn)行修改。 （ 4） PLC至 CNC : PLC 送至 CNC 的信息也由開關(guān)量信號或寄存器完成 ,所有 PLC 送至 CNC 的信號地址與含義由 CNC 廠家確定 ,PLC 編程者只可使用 ,不可改變和增刪。 8 （ 3） 出刷新階段：在所指令執(zhí)行完成后，輸出映像寄存區(qū)的所有輸出繼電器的狀態(tài)（接通 /斷開）在輸出刷新階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，通過特定方式輸出，驅(qū)動外部負(fù)載。機(jī)床操作面板控制信號，直接進(jìn)入 PLC，控制機(jī)床的運(yùn)行。 （ 3） 輸出信號控制： PLC輸出信號經(jīng)外圍控制電路中的繼電器、接觸器、電磁閥等輸出給控制對象。 （ 5） M功能實(shí)現(xiàn)。為了更好了解數(shù)控機(jī)床的 PLC 的控制功能，就有必要對 PLC和外圍電路的關(guān)系進(jìn)行分析。有些信號不需要通過中間環(huán)節(jié)的處理直接用于控制外部設(shè)施，比如說，有些直接用低壓電源驅(qū)動的設(shè)備（如：面板上的指示燈）。這些檢測信號有些是可以直接輸入到 PLC的端口，有些必須要經(jīng)過一些中間環(huán)節(jié)才能夠輸入到 PLC 的輸入端口。這個(gè)工作是在機(jī)床生產(chǎn)過程中，編制和該機(jī)床相對應(yīng)的 PLC 程序時(shí)，由 PLC 程序編制工程師定義。本文采用的是第一種類型， PLC 獨(dú)立于 CNC 裝置， PLC與 CNC 信號在 CNC裝置內(nèi)部傳送，而 PLC與機(jī)床電氣控制信號通過 CNC的 I/O接口傳送。 實(shí)現(xiàn)過程控制（電氣控制）的常規(guī)方法 實(shí)際控制 系統(tǒng)一般由傳感器、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成，有開環(huán)及閉環(huán)控制系統(tǒng)之分。信號輸入及數(shù)值顯示單元只能是數(shù)碼撥盤和電位計(jì)。 ⑶ 微機(jī)控制型 六十年代后期，美國費(fèi)洛斯公司（ FELLOWS）首次采用微型計(jì)算機(jī)對注塑機(jī)進(jìn)行過程控制。 TP— 801采用匯編語言編程，由于有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理功能，可進(jìn)行 8位數(shù)據(jù)的輸入和輸出，在軟件的支持下，還可以進(jìn)行 8 位以上數(shù)字運(yùn)算、處理，完全能滿足數(shù)控機(jī)床控制的要求。系統(tǒng)除了常規(guī)的功能外，還有圖形顯示、故障報(bào)警、自診斷及數(shù)據(jù)處理、存儲和打印功能。 EM221和 EM222 作為數(shù)字量輸入、輸出擴(kuò)展模塊，負(fù)責(zé)控制信號的采集和輸出，使系統(tǒng)控制規(guī)模得到擴(kuò)展。可以在線編程調(diào)試面對于較復(fù)雜的故障，可以用 PC機(jī)在線檢測 PLC 的運(yùn)行狀態(tài)，從而查出故障 的原因。 此外，可以根據(jù)數(shù)控機(jī)床的控制要求，增加或裁減相應(yīng)的功能，采用結(jié)構(gòu)化編制各個(gè)功能的 PLC 子程序，由 PLC 主程序調(diào)用，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能擴(kuò)展。 17 圖 18 主要子程序 (SBR) 液壓卡盤和液壓尾座控制子程序 (SBR_0) 圖 ，這 兩種動作的控制都是手動 JOG（ ）方式下進(jìn)行的。按下點(diǎn)動左按鈕 ，尾座伸出， 有效，同時(shí)解除 尾座伸出 ；放開 后尾座伸出 解除，尾座停止。自動方式（ =0）時(shí)，在 M選通信號的作用下，判斷 MB1 的值，如果等于 08，則置位 ，如果等于 09，則復(fù)位 ；手動旋鈕 SA2閉合（ =1）或者 =1 時(shí)，開啟冷卻 。在這個(gè)梯形圖中， 用字節(jié)傳送指令將當(dāng)前刀位開關(guān)信號（ ~）轉(zhuǎn)換成為當(dāng)前刀號代碼（ 1~4）存放到 MB4 中；當(dāng)執(zhí)行換刀指令時(shí) ，在 T 選通信號的作用下，將指令刀號 MB5 與當(dāng)前刀號 MB4進(jìn)行比較，如果不相等則置位 、復(fù)位 ，刀架電機(jī)正轉(zhuǎn)，刀架開始旋轉(zhuǎn)；當(dāng)轉(zhuǎn)到預(yù)定的刀位時(shí)，當(dāng)前刀號 MB4 與指令刀號 MB3 相等，復(fù)位 ，刀架停止正轉(zhuǎn)，在 ，置位 ，刀架電機(jī)開始反轉(zhuǎn)，刀架下降鎖緊，定時(shí)器 T40 延時(shí) 4s 后，復(fù)位 ，換刀動作結(jié)束。 在現(xiàn)代