【正文】 考慮。同時數(shù)控機床還向小型化發(fā)展。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。在這 50年里，它沒有被社會發(fā)展所 淘汰，證明 它有許多優(yōu)點，而且它的優(yōu)點是無可取代的。 根據(jù)不同的加工方式，機床本體可以是車床、銑床、鉆床、磨床、鏜床、加工中心及電加工機床等。 其形式可以是由數(shù)字邏輯電路構(gòu)成的專用硬件數(shù)控裝置或計算機數(shù)控裝置。 重慶郵電大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 數(shù)控機床 數(shù)控系統(tǒng)與被控機床本體的結(jié)合體稱為數(shù)控機床。 如今 ，數(shù)控技術(shù)也叫計算機數(shù)控技術(shù)，目前它是采用計算機實現(xiàn)數(shù)字程序控制的技術(shù)。 近年來由于數(shù)控機床的快速發(fā)展，國外交直流系統(tǒng)數(shù)字化已經(jīng)達到實用階段。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 設(shè)計（論文）題目： 基于立式加工中心的數(shù)控設(shè)計 重慶郵電大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） I 摘 要 數(shù)控技術(shù)作為現(xiàn)代 制造業(yè)的 核心技術(shù)之一 ， 在各行各業(yè)得到了廣泛的應用，在機械制造行業(yè)當中，數(shù)控加工中心由于可以以較高的精度實現(xiàn)多工種加工已經(jīng)成為現(xiàn)代機械制造業(yè)中不可缺少的加工設(shè)備。當今的計算機行業(yè)高速發(fā)展，并且計算機行業(yè)已經(jīng)基本成熟，所以數(shù)控還是以 PC為基礎(chǔ)，開發(fā)以 PC為基礎(chǔ)的控制器，這樣控制器可以將數(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，因此，在其機械行業(yè)獲得了越來越廣泛的應用。這種技術(shù)用計算機按事先存貯的控制程序來執(zhí)行對設(shè)備的控制功能。國際信息處理聯(lián)盟（ International Federation Of Information Processing）第五技術(shù)委員會對數(shù)控機床做 出如下定義：數(shù)控機床是一個裝有程序控制系統(tǒng)的機床，該系統(tǒng)能夠邏輯的處理使用代碼，或其他符號編碼指令規(guī)定的程序。前者稱為硬件數(shù)控裝置，或 NC 裝置，其數(shù)控功能有硬件邏輯電路實現(xiàn)；后者稱為 CNC 裝置，其數(shù)控功能有硬件和軟件共同實現(xiàn)。與傳統(tǒng)的普通機床相比，數(shù)控機床本體的外部造型、整體布 局、傳動系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)及操作機構(gòu)等方面都應該符合數(shù)控的要求。 加工中心具有 精度 高、定位準確 、 多工種加工、 對重慶郵電大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 操作者的技術(shù)要求低、能適應中、小批量結(jié)構(gòu)復雜、精度高的加工、對工時估算容易、生產(chǎn)精度掌握容易。 1971 年，美國 INTEL 公司在世界上的第一次將計算機的兩個 核心的部件 — 運算器和控制器，采用大規(guī)模的集成電路控制技術(shù)，將其集成在一塊芯片上，稱為微處理器（ Microprocessor），又稱中央處理單元 CPU。總之，計算機數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代。 一、 輸入輸出（ I/O）點數(shù)的估算 I/O 點數(shù)估算時應考慮適當?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加10%~20%的可擴展余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。要顯示數(shù)據(jù)時需要譯碼和編碼等運算。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本，但使用和調(diào)試不方便。處理速度與用戶程序的長度、 CPU 處理速度、軟件質(zhì)量等有關(guān)。重要的應用場合，應采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電?？紤]經(jīng)濟性時，應同時考慮應用的可擴展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進行比較和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品。 重慶郵電大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 二、 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： 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。 重慶郵電大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 （ 8）緩沖區(qū)修正機能擴展，可對應 HPS/計算機鏈接 B/DNC/記憶 /MDI 等模式。 重慶郵電大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 第二 章 立式加工中心電氣原理圖設(shè)計 第一節(jié) 數(shù)控加工中心設(shè)計概述 數(shù)控加工中心擁有較為復雜的機械結(jié)構(gòu)，它需要多個電機來完成其相應的功能，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。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。例如：刀庫正轉(zhuǎn)信號 Y2D，當其有信號輸出時，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 中繼電器的常 開觸點閉合，接觸器線圈 KM4 通電，所以主電路（圖 ）中接觸器 KM4 主觸點接通刀庫電機正轉(zhuǎn)， 其他原理相同。） DDB Y 在主程序的標題處開始傳輸 在高速處理程序的標題處開始傳輸 （ 毫秒 一次） 毫秒一次 （掃描時間程序大小而定） 重慶郵電大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 第二節(jié) 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。梯形圖如圖 所示： 重慶郵電大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 重慶郵電大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 重慶郵電大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 圖 方式選擇梯形圖 重慶郵電大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 32 二、 加工中心 定時器程序 在數(shù)控加工中心中會需要很多指示燈的出現(xiàn)即完成指令時指示燈亮，但在有些指令執(zhí)行中需要一定的時間才能完成，比如刀具在回原點過程當中，需要一定的移動時間，而在移動過程中則需要指示燈閃爍來告訴操作者 此時加工中心的工作狀態(tài)，在本次設(shè)計中我是采用定時器來完成這一功能的，共使用了六個定時器來滿足加工中心的需要分別為 T1 T1 T1 T1 TT21，梯形圖如圖 所示： 圖 定時器梯形 重慶郵電大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 33 三、 進給軸工作狀態(tài)選擇 在數(shù)控加工中心中進給軸有三個即 X、 Y、 Z 軸，在數(shù)控系統(tǒng)中地址Y188Y18A 分別代表第一、二、三軸有效，置“ 1”為伺服斷開即伺服電機保持靜止，在操作面板上分別由相應的按鈕 來 控制各 個軸的運動，其輸入地址是自行編訂的， 見下表。這種倍率選擇法與代碼法比起來 主要的好處是倍率可以在 0%～ 200%范圍之間，增量為 1%。這里以最新的 GX Developer Version 中文版安裝步驟說明： （ 1）打開 \\EnvMEL 文件夾，雙擊 setup 圖標，安裝 GX Developer 運行環(huán)境。如果選擇“設(shè)置工程名”，即可將工程名輸入后，就可將指定的文件保存在此工程中，如圖 所示： 圖 新建工程界面 如圖 所示為 GX Developer 編程軟件的操作界面，該操作界面大致由下拉菜單、工具條、編程區(qū)、工程數(shù)據(jù)列表、狀態(tài)條等 組 成 。 PLC Module 中確定為 “ QnACPU” 類型 按下 “ Connection Test” ， 當 測試成功會出現(xiàn)提示對話框；若不成功，請仔細檢查 PC 機與 NC 的設(shè)定情況 。能夠靈活對應各種語言、大幅度提高了編程效率。 SPS 信號有兩種設(shè)定 方法 ，一種是 當 常開時，它是用代碼法來實現(xiàn)調(diào)速的，當常閉時，它是用文件寄存器法來控制的。我將控制面板上的一些輸入信號地址規(guī)定如下表。其中控制器與 PLC 之間 的 信號是數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部規(guī)定的，不提供開發(fā)，控制器向 PLC 輸入 X 信號 (X180 之后的信號 )，用于系統(tǒng)向 PLC 輸入執(zhí)行命令， PLC 向控制器輸出 Y 信號 (Y180 之后的信號 )，要具體應用得通過查閱 PLC 接口手冊；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， 控制器與機器 /機器操作面板之間不存在直接的信號交換。 二、 主回路 /電氣控制回路圖 主電路 如圖 為數(shù)控加工中心主回路，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 生 產(chǎn)的，所以其額定電壓為三相 220V 交流，故 需要加變壓器來獲得相應的電壓，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 倍。顯示單元主要是顯示有關(guān)信息，以便人機交互。 第四節(jié) 本章小結(jié) 本章主要介紹 CNC 數(shù)控系統(tǒng)的基本概念、組成和特點， 經(jīng)過對 PLC 選型方法的介紹，我選擇了三菱 M64S 作為此次立式加工中心設(shè)計的中心部分， 三菱 M64S 數(shù)控系統(tǒng)是目前比較先進的控制系統(tǒng)， 同時我也列出了 三菱 M64S 的一些特點。 （ 5）可對應內(nèi)含以太網(wǎng)絡和 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。 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。 I/O 接口單元的冗余 控制回路的多點 I/O卡應冗余配置；重要監(jiān)測點的多點 I/O卡可冗余配置；對重要的 I/O 信號，可選用 2 重化或 3 重化的 I/O 接口單元。對輸出模塊，應考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應時間較長等特點；可控硅輸出模塊適用于開關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負荷場合，但價格較貴，過載能力較差。 處理速度 PLC 采用掃描方式工作。 編程功能 離線編程方式： PLC 和編程器公用一個 CPU，編程器在編程模式時， CPU只為編程器提供服務 ，不對現(xiàn)場設(shè)備進行控制。 重慶郵電大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 運算功能 簡單 PLC 的運算功能包括邏輯運算、計時和計數(shù)功能；普通 PLC 的運算功能還包括數(shù)據(jù)移位、比較等運算功能；較復雜運算功能有代數(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送等；大型 PLC 中還有模擬量的 PID 運算和其他高級運算功能。因此，合理選用 PLC，對于提高 PLC 控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟指標有著重要意義。 控制器還將采用開放式的系統(tǒng)構(gòu)架，這樣數(shù)控機床也可以像今日的計算機業(yè)一樣，用戶可以根據(jù)需要自行對數(shù)控機床的軟、硬件進行配置，這樣數(shù)控機床的功能重慶郵電大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 提升了，價格降低了。此時的小型計算機，其運算速度比以往的計算機有了大幅度的提高，比專用計算機成本低、可靠性提高。 三 、 數(shù)控加工中心的優(yōu)缺點 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)有 50 多年的歷史了，經(jīng)過多次修正，如今它已經(jīng)很成熟了。其形式可以是繼電器控制線路或可編程邏輯控制器 (PLC)。它的主要功能是：正確識別和解釋數(shù)控加工程序，對解釋結(jié)果進行各種數(shù)據(jù)計算和邏輯判斷處理，完成各種輸入、輸出任務。隨著自動控制理論、電子技 術(shù)、計算機技術(shù)、精密測量技術(shù)和機械制造技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控 技術(shù)正朝 著高速度、高精度、智能化、開放型以及高可靠性等方向迅速發(fā)展。數(shù)控技術(shù)是與機床控制密切結(jié)合發(fā)展起來的 ， 1952 年，第一臺數(shù)控機床問世，成為世界機械工業(yè)史上一件劃時代的事件，推動了自動化的發(fā)展。本 章針對數(shù)控技術(shù)、數(shù)控機床、數(shù)控系統(tǒng)的概念及發(fā)展情況做簡要的介紹 ,同時也簡要介紹關(guān)于 PLC選型的方法。 本文在選用三菱公司的 PLC 及 M64S數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，設(shè)計了立式加工中心的 CNC 數(shù)控系統(tǒng)的硬件外圍電路， 同時利用 三菱公司的 DXdeveloper 開發(fā)工具 進行 了 PLC 梯形圖編程和仿真。 重慶郵電大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 第一章 CNC 數(shù)控 系統(tǒng)概述 第一節(jié) CNC 數(shù)控系統(tǒng)相關(guān)介紹 一、 CNC 數(shù)控基本概念 數(shù)控技術(shù) 數(shù)控技術(shù)是利用數(shù)字化的信息對機床運動及加工過程進行控制的一種方法。由于采用計算機替代原先用硬件邏輯電路組成的數(shù)控裝置，使輸入數(shù)據(jù)的存貯、處理、運算 、邏輯判斷等各種控制機能的實現(xiàn)，均可以通過計算機軟件來完成。也就是說，數(shù)控機床是一種采用計算機，利用數(shù)字信息進行控制的高效、能夠進行自動化加工的機床，它能夠按照機床規(guī)定的數(shù)字化代碼，把 各種機械位移量、工藝參數(shù)、輔助功能表示出來，經(jīng)過數(shù)控系統(tǒng)的邏輯處理和運算，發(fā)出各種控制指令，實現(xiàn)要求的機械動作，自動完成零件加工任務。數(shù)控裝置將重慶郵電大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 數(shù)控加工程序按兩類控制信息分別輸出：一類是連續(xù)控制量，送往驅(qū)動控制裝置；另一類是離散的開關(guān)控制量，送往機床電器邏輯控制裝置。 數(shù)控機床還配有各種輔助裝置，其作用是配合機床完成對工件的加工。 四、 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