【正文】 適用性強(qiáng)PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品。從PLC的機(jī)外電路來(lái)說(shuō)，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。其主要優(yōu)點(diǎn)如下所示：（1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。用PLC 改造傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)是很好的方法。 小結(jié)本章關(guān)于CNC系統(tǒng)主要介紹了它的軟硬件結(jié)構(gòu)組成和CNC系統(tǒng)的功能與一般的工作過(guò)程；可編程控制器（PLC）是現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)中不可或缺的重要組成部分，本章主要介紹了它的基本功能、基本結(jié)構(gòu)和它的一般工作過(guò)程，并主要介紹了其在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用。根據(jù)PLC所給定的地址范圍，對(duì)每個(gè)與PLC控制有關(guān)的信號(hào)賦予專用的信號(hào)名和地址。不同的數(shù)控系統(tǒng)，與之配用的PLC也不同。注意：從機(jī)床直接送至NC的信號(hào)線也應(yīng)包括在從機(jī)床到PLC的輸入線的數(shù)目中。獨(dú)立型PLC 也用于單機(jī)控制。例如，可采用通信模塊與外部I/O 設(shè)備、編程設(shè)備、上位機(jī)、下位機(jī)等進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；采用D/A 模塊可以對(duì)外部伺服裝置直接進(jìn)行控制；采用計(jì)數(shù)模塊可以對(duì)加工工件數(shù)量、刀具使用次數(shù)、回轉(zhuǎn)體回轉(zhuǎn)分度數(shù)等進(jìn)行檢測(cè)和控制，采用定位模塊可以直接對(duì)諸如刀庫(kù)、轉(zhuǎn)臺(tái)、直線運(yùn)動(dòng)軸等機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件或裝置進(jìn)行控制。 所示為具有獨(dú)立型PLC 的CNC機(jī)床系統(tǒng)框圖。如：梯形圖編輯和傳送功能，在CNC 系統(tǒng)內(nèi)部直接處理NC 窗口的大量信息等。因此，系統(tǒng)硬件和軟件整體結(jié)構(gòu)十分緊湊，且PLC 所具有的功能針對(duì)性強(qiáng)，技術(shù)指標(biāo)亦較合理、實(shí)用，尤其適用于單機(jī)數(shù)控設(shè)備的應(yīng)用場(chǎng)合。內(nèi)裝型 PLC 有如下特點(diǎn)?，F(xiàn)將幾種常見名稱列舉如下： 微機(jī)可編程控制器(Microprocessor Programmable Controller，MPC) 可編程接口控制器(Programmable Interface Controller，PIC) 可編程機(jī)器控制器(Programmable Machine Controller，PMC) 可編程順序控制器(Programmable Sequence Controller，PSC) PLC在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用數(shù)控機(jī)床用 PLC 可分為兩類：一類是專為實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床順序控制而設(shè)計(jì)制造的內(nèi)裝型(builtin type)PLC，另一類是I/O 信號(hào)接口技術(shù)規(guī)范、I/O 點(diǎn)數(shù)、程序存儲(chǔ)容量以及運(yùn)算和控制功能等均能滿足數(shù)控機(jī)床控制要求的獨(dú)立型(standalone type)PLC。當(dāng)I/O 點(diǎn)數(shù)增加時(shí)，順序程序處理的信息量增大，程序加長(zhǎng)，因而需加大程序存儲(chǔ)器的容量。因此，有些可編程控制器采用高速響應(yīng)的輸入 / 輸出模塊，或?qū)⒊绦蚍譃榭焖夙憫?yīng)的高級(jí)程序和一般響應(yīng)速度的低級(jí)程序兩類。運(yùn)算結(jié)果再存入元件映象寄存器中。輸入采樣階段以掃描方式順序讀人所輸入端的狀態(tài) ( 接通狀態(tài)或是斷開狀態(tài) ) ，并將此狀態(tài)存人輸入映象寄存器中，接著轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。然后 CPU 對(duì)自身的硬件進(jìn)行快速自檢，并對(duì)監(jiān)視掃描用定時(shí)器進(jìn)行復(fù)位。只要可編程控制器接通電源， CPU 就對(duì)用戶存儲(chǔ)器的程序進(jìn)行掃描?；谶@些原因，計(jì)算機(jī)所用的高級(jí)語(yǔ)言便逐步被引用到 PC 的應(yīng)用程序中來(lái)。在用戶程序的編制中，應(yīng)用梯形圖方法編程最為普遍，語(yǔ)句表法的使用也較多。操作碼表示功能類型，操作數(shù)表示到哪里去操作，它由地址碼和參數(shù)組成。應(yīng)用編程器上的各梯形圖指令或功能鍵，可將整個(gè)梯形圖輸入可編程控制器。圖中，梯級(jí) 1 由兩行 ( 兩個(gè)支路 ) 組成，梯級(jí) 2 由一行 ( 一條支路 ) 組成。(1) 接點(diǎn)梯形圖用梯形圖 (LD,Ladder Diagram) 法編程與傳統(tǒng)的繼電器電路圖的設(shè)計(jì)很相似，用電路元件符號(hào)來(lái)表示控制任務(wù)，直觀易理解。智能型編程器既可在線編程又可離線編程，還可以不與PLC 連接而直接插到現(xiàn)場(chǎng)控制站的相應(yīng)接口的方式進(jìn)行編程。編程器用作用戶程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視，還可以通過(guò)其鍵盤調(diào)用和顯示PLC 的一些內(nèi)部狀態(tài)和系統(tǒng)參數(shù)。I/O 模塊還配有各種發(fā)光二極管來(lái)指示各種運(yùn)行狀態(tài)。I/O 模塊是CPU 與現(xiàn)場(chǎng)I/O 設(shè)備或其他外部設(shè)備之間的連接部件。系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器用來(lái)存儲(chǔ)監(jiān)控程序、模塊化應(yīng)用功能子程序和各種系統(tǒng)參數(shù)等，一般使用EPROM；用戶程序存儲(chǔ)器用來(lái)存放用戶編制的梯形圖等程序，一般使用RAM，若程序不經(jīng)常修改，也可寫入到EPROM 中；存儲(chǔ)器的容量以字節(jié)為單位。(2) 存儲(chǔ)器。(1) CPU。a. 通用型PLC 的硬件結(jié)構(gòu)通用型 PLC 所示，它是一種通用的可編程邏輯控制器，主要由中央處理單元(CPU)、存儲(chǔ)器、I/O 模塊及電源組成?，F(xiàn)在PLC 已成為數(shù)控機(jī)床的一種基本的控制裝置。(5) PLC沒有繼電器的接觸不良、觸點(diǎn)熔焊、磨損和線圈燒斷等故障。適用于控制對(duì)象動(dòng)作復(fù)雜，控制邏輯需要靈活變更的場(chǎng)合。PLC 有了這些功能器件和單元，即可用于完成各種指定的控制任務(wù)。(1) PLC是由計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)化而來(lái)的。如只能解決開關(guān)量的簡(jiǎn)單邏輯運(yùn)算，以及定時(shí)、計(jì)數(shù)等有限的幾種功能控制，難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理，以及數(shù)控機(jī)床所需要的許多特殊控制功能，修改控制邏輯需要增減控制元器件和重新布線，安裝和調(diào)整周期長(zhǎng)，工作量大；繼電器、接觸器等器件體積較大，每個(gè)器件工作觸點(diǎn)有限。順序控制即是以機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和時(shí)間為依據(jù)，使其按預(yù)先規(guī)定好的動(dòng)作次序順序進(jìn)行工作的一種控制方式。在數(shù)控機(jī)床上采用 PLC 代替繼電器控制，能使數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)更緊湊，功能更豐富，響應(yīng)速度和可靠性大大提高。(6) 增加通信與聯(lián)網(wǎng)功能，多臺(tái)PLC 之間能互相通信，互相交換數(shù)據(jù)，PLC 還可以與上位計(jì)算機(jī)通信，接受計(jì)算機(jī)的命令，并將執(zhí)行結(jié)果告訴計(jì)算機(jī)。高檔PLC 還能處理中斷、調(diào)用子程序等，使得PLC 能夠?qū)崿F(xiàn)邏輯控制、模擬量控制、數(shù)值控制和其他過(guò)程監(jiān)控，以至在某些方面可以取代小型計(jì)算機(jī)控制。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，美國(guó)、日本、德國(guó)等生產(chǎn)PLC 的廠家已達(dá)150 多家，產(chǎn)品有數(shù)百種。上述CNC 所示。其作用一方面是將機(jī)床運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的有關(guān)參數(shù)輸入到CNC 系統(tǒng)中；另一方面是將CNC 系統(tǒng)的輸出命令(如換刀、主軸變速換擋、加切削液等)變?yōu)閳?zhí)行機(jī)構(gòu)的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床的控制。它的主要工作是在每個(gè)采樣周期內(nèi)，將插補(bǔ)計(jì)算出的理論位置值與實(shí)際反饋位置值進(jìn)行比較，用其差值控制進(jìn)給電動(dòng)機(jī)。如對(duì)于加工直線的程序段僅給定起、終點(diǎn)坐標(biāo)；對(duì)于加工圓弧的程序段除了給定其起、終點(diǎn)坐標(biāo)外，還給定其圓心坐標(biāo)或圓弧半徑。4) 進(jìn)給速度處理數(shù)控加工程序給定的刀具相對(duì)于工件的移動(dòng)速度是在各個(gè)坐標(biāo)合成運(yùn)動(dòng)方向上的速度，即F 代碼的指令值。程序輸入和刀具參數(shù)輸入分別進(jìn)行。2) 譯碼譯碼以零件程序的一個(gè)程序段為單位進(jìn)行處理，把其中零件的輪廓信息(起點(diǎn)、終點(diǎn)、直線或圓弧等)，F(xiàn)、S、T、M 等信息按一定的語(yǔ)法規(guī)則解釋(編譯)成計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的數(shù)據(jù)形式，并以一定的數(shù)據(jù)格式存放在指定的內(nèi)存專用區(qū)域。輸入方式有紙帶輸入、鍵盤輸入、磁盤輸入，上級(jí)計(jì)算機(jī)DNC通信輸入等。有的CNC 系統(tǒng)還備有用戶宏程序功能(如日本FANUC系統(tǒng))。12) 人機(jī)交互圖形編程功能為了進(jìn)一步提高數(shù)控機(jī)床的編程效率，對(duì)于數(shù)控程序的編制，特別是較為復(fù)雜零件的數(shù)控程序都要通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助編程，尤其是利用圖形進(jìn)行自動(dòng)編程，以提高編程效率。診斷程序一般可以包含在系統(tǒng)程序中，在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行檢查和診斷；也可以作為服務(wù)性程序，在系統(tǒng)運(yùn)行前或故障停機(jī)后進(jìn)行診斷，查找故障的部位。9) 字符、圖形顯示功能CNC 控制器可以配置數(shù)碼管(LED)顯示器、單色或彩色陰極射線管(CRT)顯示器或液晶(LCD)顯示器，通過(guò)軟件和硬件接口實(shí)現(xiàn)字符和圖形的顯示。如刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償、刀具半徑補(bǔ)償和刀尖圓弧半徑補(bǔ)償。7) 刀具功能刀具功能用來(lái)選擇所需的刀具，刀具功能字以地址符T 為首，后面跟兩位或四位數(shù)字，代表刀具的編號(hào)。6) M功能M 功能用來(lái)指定主軸的啟、停和轉(zhuǎn)向；切削液的開和關(guān)；刀庫(kù)的啟和停等，屬開關(guān)量的控制。(2) 指定恒線速。5) 主軸功能主軸功能就是指定主軸轉(zhuǎn)速的功能。只有主軸上裝有位置編碼器的數(shù)控機(jī)床才能指定同步進(jìn)給速度，用于切削螺紋的編程。指刀具每分進(jìn)給的距離(毫米)，如100mm/min。因此，CNC 的插補(bǔ)功能實(shí)際上被分為粗插補(bǔ)和精插補(bǔ)，插補(bǔ)軟件每次插補(bǔ)一個(gè)輪廓步長(zhǎng)的數(shù)據(jù)為粗插補(bǔ)，伺服系統(tǒng)根據(jù)粗插補(bǔ)的結(jié)果，將輪廓步長(zhǎng)分成單個(gè)脈沖的輸出稱為精插補(bǔ)。對(duì)于點(diǎn)位式的數(shù)控機(jī)床，如數(shù)控鉆床、數(shù)控沖床等，需要點(diǎn)位移動(dòng)控制系統(tǒng)。通過(guò)軸的聯(lián)動(dòng)可以完成輪廓軌跡的加工。CNC系統(tǒng)的功能主要反映在G 功能(G 指令代碼)和M 功能(M 指令代碼)上。 CNC系統(tǒng)的功能和一般工作過(guò)程1. CNC系統(tǒng)的功能CNC 系統(tǒng)由于現(xiàn)在普遍采用了微處理器，通過(guò)軟件可以實(shí)現(xiàn)很多功能。 系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)框圖。它通過(guò)系統(tǒng)控制軟件配合系統(tǒng)硬件，合理地組織管理數(shù)控系統(tǒng)的輸入、數(shù)據(jù)處理、插補(bǔ)和輸出信息，控制執(zhí)行部件，使數(shù)控機(jī)床按照操作者的要求進(jìn)行自動(dòng)加工。按工藝方式、控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式、控制系統(tǒng)功能水平三方面對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行了分類。 小結(jié) 數(shù)控機(jī)床涉及的知識(shí)和內(nèi)容比較多，本章僅對(duì)數(shù)控機(jī)床的基本概念，分類及特點(diǎn)做了概述。 數(shù)控機(jī)床可以實(shí)現(xiàn)精確、快速定位，節(jié)省了“劃線”時(shí)間。 在數(shù)控機(jī)床上，由于主軸的轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量都可以任意選擇，由于數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)剛性好，一般都允許進(jìn)行較大切削用量的強(qiáng)力切削，提高了數(shù)控機(jī)床的切削效率，節(jié)省了實(shí)際加工時(shí)間。數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)與機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，都具有比普通機(jī)床更高的剛度和穩(wěn)定性，部件的制造、裝配精度均比較高，提高了機(jī)床本身的精度與穩(wěn)定性。 上述這種分類方式?jīng)]有嚴(yán)格的界限，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控是相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控而言的，在不同時(shí)期、不同國(guó)家的含義是不一樣的。低檔數(shù)控機(jī)床最多聯(lián)動(dòng)軸數(shù)為二軸或三軸，具有簡(jiǎn)單CRT字符顯示或數(shù)碼管顯示功能，無(wú)通信功能。圖13是半閉環(huán)控制的系統(tǒng)框圖。這種系統(tǒng)的閉環(huán)環(huán)路內(nèi)不包括機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，控制系統(tǒng)的調(diào)試十分方便，因此可以獲得穩(wěn)定的控制特性。傳動(dòng)鏈的剛度、間隙，導(dǎo)軌的低速運(yùn)動(dòng)特性，機(jī)床結(jié)構(gòu)的抗振性等因素都會(huì)增加系統(tǒng)調(diào)試?yán)щy。數(shù)控裝置將位移指令與工作臺(tái)端測(cè)得的實(shí)際位置反饋信號(hào)進(jìn)行比較，根據(jù)其差值不斷控制運(yùn)動(dòng)，使運(yùn)動(dòng)部件嚴(yán)格按照實(shí)際需要的位移量運(yùn)動(dòng)；還可利用測(cè)速元器件隨時(shí)測(cè)得驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，將速度反饋信號(hào)與速度指令信號(hào)相比較，對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨時(shí)進(jìn)行修正。其數(shù)控裝置發(fā)出的指令信號(hào)是單向的，沒有檢測(cè)反饋裝置對(duì)運(yùn)動(dòng)部件的實(shí)際位移量進(jìn)行檢測(cè)，不能進(jìn)行運(yùn)動(dòng)誤差的校正，因此步進(jìn)電機(jī)的步距角誤差、齒輪和絲杠組成的傳動(dòng)鏈誤差都將直接影響加工零件的精度。盡管這些機(jī)床在加工工藝方面存在很大差異，具體的控制方法也各不相同，但它們都適合于單件、小批量和多品種的零件加工，具有很高的生產(chǎn)率和自動(dòng)化程度。插補(bǔ)運(yùn)算速度與進(jìn)給速度無(wú)嚴(yán)格的關(guān)系，因此可以達(dá)到較高的進(jìn)給速度。其基本思想是，用直線段來(lái)逼近曲線(包括直線)。 2) 數(shù)字增量插補(bǔ)。這類插補(bǔ)算法有逐點(diǎn)比較法、最小偏差法、數(shù)字積分法等。 脈沖增量插補(bǔ)每次插補(bǔ)的結(jié)果僅產(chǎn)生一個(gè)單位的行程增量(一個(gè)脈沖當(dāng)量)。1) 脈沖增量插補(bǔ)。數(shù)控系統(tǒng)能進(jìn)行哪幾種線形的插補(bǔ)計(jì)算，即具有哪幾種插補(bǔ)功能。因此，數(shù)控系統(tǒng)必須在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中實(shí)時(shí)計(jì)算出滿足線形和進(jìn)給速度要求的若干中間點(diǎn)(在起點(diǎn)和終點(diǎn)之間)，這就是插補(bǔ)。～ mm/脈沖，脈沖當(dāng)量越小，數(shù)控機(jī)床精度越高。數(shù)控系統(tǒng)按照程序的要求，經(jīng)過(guò)信息處理、分配，使坐標(biāo)移動(dòng)若干個(gè)最小位移量，實(shí)現(xiàn)刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，完成零件的加工。在數(shù)控機(jī)床上加工零件時(shí)，首先要將被加工零件圖上的幾何信息和工藝信息數(shù)字化。對(duì)于加工中心類的數(shù)控機(jī)床，還有存放刀具的刀庫(kù)、自動(dòng)刀具交換裝置、自動(dòng)交換工作臺(tái)等部件。c. 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。由于主軸部件要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)更換刀具或工件，因此主軸上設(shè)計(jì)有刀具自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)。4) 還有一些配套部件(如冷卻、排屑、防護(hù)、潤(rùn)滑、照明、儲(chǔ)運(yùn)等一系列裝置)和輔屬設(shè)備(編程機(jī)和對(duì)刀儀等)。由于是數(shù)控機(jī)床的最后控制環(huán)節(jié)，它的性能將直接影響數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)效率、加工精度和表面加工質(zhì)量。 (4) 強(qiáng)電控制裝置強(qiáng)電控制裝置是介于數(shù)控裝置和機(jī)床機(jī)械、液壓部件之間的控制系統(tǒng)。它能完成信息的輸入、存儲(chǔ)、變換、插補(bǔ)運(yùn)算以及各種控制功能。最早使用光電閱讀機(jī)對(duì)穿孔紙帶進(jìn)行閱讀，之后大量使用磁帶機(jī)和軟盤驅(qū)動(dòng)器。編制程序的工作可以人工進(jìn)行，也可以在數(shù)控機(jī)床以外用計(jì)算機(jī)自動(dòng)編程系統(tǒng)來(lái)完成。采用數(shù)控技術(shù)的自動(dòng)控制系統(tǒng)為數(shù)控系統(tǒng)，采用計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)的自動(dòng)控制系統(tǒng)為計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，其被控對(duì)象可以是生產(chǎn)過(guò)程或設(shè)備。通過(guò)本文達(dá)到讓讀者能夠了解數(shù)控機(jī)床的PLC設(shè)計(jì)方法的目的。PLC因其具有可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)；易學(xué)易用；系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造；體積小，重量輕，能耗低等顯著特點(diǎn)，因此運(yùn)用PLC控制數(shù)控機(jī)床已越來(lái)越成為一種趨勢(shì)。這臺(tái)數(shù)控機(jī)床被大家稱為世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。他們?cè)谥圃祜w機(jī)的框架及直升飛機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)翼時(shí)，利用全數(shù)字電子計(jì)算機(jī)對(duì)機(jī)翼加工路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并考慮到刀具直徑對(duì)加工路線的影響，使得加工精度達(dá)到177。 feature strong, high cost performance。本文描述了如今數(shù)控機(jī)床的基本組成、工作原理、分類及各自的特點(diǎn)。在此背景下，本文提出了數(shù)控機(jī)床的PLC設(shè)計(jì)思路。關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；可編程控制器；C5112B立式車床；三菱FX2NAbstract: With the rapid development of information industry, the functions of numerical control machine tools are maturing. CNC machine tools has been replaced by ordinary is an inevitable trend, with the development of CNC machine tools, the traditional relay control systems can no