【正文】 降電動機。選擇PLC機型時應留有一定的余量以便滿足今后生產的發(fā)展或工藝的改進。該PLC有40個輸入點和40個輸出點，滿足控制要求。b: 工作臺的啟停、制動和點動,以及變速。c：垂直刀架快移電動機。（5）體積小，重量輕，能耗低以超小型PLC為例，新近出產的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數瓦。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。從PLC的機外電路來說，使用PLC構成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關接點已減少到數百甚至數千分之一，故障也就大大降低。用PLC 改造傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)是很好的方法。不同的數控系統(tǒng)，與之配用的PLC也不同。獨立型PLC 也用于單機控制。 所示為具有獨立型PLC 的CNC機床系統(tǒng)框圖。因此，系統(tǒng)硬件和軟件整體結構十分緊湊，且PLC 所具有的功能針對性強，技術指標亦較合理、實用，尤其適用于單機數控設備的應用場合?，F將幾種常見名稱列舉如下： 微機可編程控制器(Microprocessor Programmable Controller，MPC) 可編程接口控制器(Programmable Interface Controller，PIC) 可編程機器控制器(Programmable Machine Controller，PMC) 可編程順序控制器(Programmable Sequence Controller，PSC) PLC在數控機床上的應用數控機床用 PLC 可分為兩類：一類是專為實現數控機床順序控制而設計制造的內裝型(builtin type)PLC，另一類是I/O 信號接口技術規(guī)范、I/O 點數、程序存儲容量以及運算和控制功能等均能滿足數控機床控制要求的獨立型(standalone type)PLC。因此，有些可編程控制器采用高速響應的輸入 / 輸出模塊，或將程序分為快速響應的高級程序和一般響應速度的低級程序兩類。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，接著轉入程序執(zhí)行階段。只要可編程控制器接通電源， CPU 就對用戶存儲器的程序進行掃描。在用戶程序的編制中，應用梯形圖方法編程最為普遍，語句表法的使用也較多。應用編程器上的各梯形圖指令或功能鍵，可將整個梯形圖輸入可編程控制器。(1) 接點梯形圖用梯形圖 (LD,Ladder Diagram) 法編程與傳統(tǒng)的繼電器電路圖的設計很相似，用電路元件符號來表示控制任務，直觀易理解。編程器用作用戶程序的編制、編輯、調試和監(jiān)視，還可以通過其鍵盤調用和顯示PLC 的一些內部狀態(tài)和系統(tǒng)參數。I/O 模塊是CPU 與現場I/O 設備或其他外部設備之間的連接部件。(2) 存儲器。a. 通用型PLC 的硬件結構通用型 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)、存儲器、I/O 模塊及電源組成。(5) PLC沒有繼電器的接觸不良、觸點熔焊、磨損和線圈燒斷等故障。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。如只能解決開關量的簡單邏輯運算，以及定時、計數等有限的幾種功能控制，難以實現復雜的邏輯運算、算術運算、數據處理，以及數控機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，安裝和調整周期長，工作量大；繼電器、接觸器等器件體積較大，每個器件工作觸點有限。在數控機床上采用 PLC 代替繼電器控制，能使數控機床結構更緊湊，功能更豐富，響應速度和可靠性大大提高。高檔PLC 還能處理中斷、調用子程序等，使得PLC 能夠實現邏輯控制、模擬量控制、數值控制和其他過程監(jiān)控，以至在某些方面可以取代小型計算機控制。上述CNC 所示。它的主要工作是在每個采樣周期內，將插補計算出的理論位置值與實際反饋位置值進行比較，用其差值控制進給電動機。4) 進給速度處理數控加工程序給定的刀具相對于工件的移動速度是在各個坐標合成運動方向上的速度，即F 代碼的指令值。2) 譯碼譯碼以零件程序的一個程序段為單位進行處理，把其中零件的輪廓信息(起點、終點、直線或圓弧等)，F、S、T、M 等信息按一定的語法規(guī)則解釋(編譯)成計算機能夠識別的數據形式，并以一定的數據格式存放在指定的內存專用區(qū)域。有的CNC 系統(tǒng)還備有用戶宏程序功能(如日本FANUC系統(tǒng))。診斷程序一般可以包含在系統(tǒng)程序中，在系統(tǒng)運行過程中進行檢查和診斷；也可以作為服務性程序，在系統(tǒng)運行前或故障停機后進行診斷，查找故障的部位。如刀具長度補償、刀具半徑補償和刀尖圓弧半徑補償。6) M功能M 功能用來指定主軸的啟、停和轉向；切削液的開和關；刀庫的啟和停等，屬開關量的控制。5) 主軸功能主軸功能就是指定主軸轉速的功能。指刀具每分進給的距離(毫米)，如100mm/min。對于點位式的數控機床，如數控鉆床、數控沖床等，需要點位移動控制系統(tǒng)。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。 系統(tǒng)的一般結構框圖。按工藝方式、控制系統(tǒng)運動方式、控制系統(tǒng)功能水平三方面對數控機床進行了分類。 數控機床可以實現精確、快速定位，節(jié)省了“劃線”時間。數控機床的傳動系統(tǒng)與機床結構設計，都具有比普通機床更高的剛度和穩(wěn)定性，部件的制造、裝配精度均比較高，提高了機床本身的精度與穩(wěn)定性。低檔數控機床最多聯(lián)動軸數為二軸或三軸，具有簡單CRT字符顯示或數碼管顯示功能，無通信功能。這種系統(tǒng)的閉環(huán)環(huán)路內不包括機械傳動環(huán)節(jié)，控制系統(tǒng)的調試十分方便，因此可以獲得穩(wěn)定的控制特性。數控裝置將位移指令與工作臺端測得的實際位置反饋信號進行比較，根據其差值不斷控制運動，使運動部件嚴格按照實際需要的位移量運動；還可利用測速元器件隨時測得驅動電機的轉速，將速度反饋信號與速度指令信號相比較，對驅動電機的轉速隨時進行修正。盡管這些機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，具有很高的生產率和自動化程度。其基本思想是，用直線段來逼近曲線(包括直線)。這類插補算法有逐點比較法、最小偏差法、數字積分法等。1) 脈沖增量插補。因此，數控系統(tǒng)必須在運動過程中實時計算出滿足線形和進給速度要求的若干中間點(在起點和終點之間)，這就是插補。數控系統(tǒng)按照程序的要求，經過信息處理、分配，使坐標移動若干個最小位移量，實現刀具與工件的相對運動，完成零件的加工。對于加工中心類的數控機床，還有存放刀具的刀庫、自動刀具交換裝置、自動交換工作臺等部件。由于主軸部件要求實現自動更換刀具或工件，因此主軸上設計有刀具自動夾緊機構。由于是數控機床的最后控制環(huán)節(jié)，它的性能將直接影響數控機床的生產效率、加工精度和表面加工質量。它能完成信息的輸入、存儲、變換、插補運算以及各種控制功能。編制程序的工作可以人工進行，也可以在數控機床以外用計算機自動編程系統(tǒng)來完成。通過本文達到讓讀者能夠了解數控機床的PLC設計方法的目的。這臺數控機床被大家稱為世界上第一臺數控機床。 feature strong, high cost performance。在此背景下，本文提出了數控機床的PLC設計思路。 　 采用數字技術進行機械加工，最早是在40年代初，由美國北密支安的一個小型飛機工業(yè)承包商派爾遜斯公司（ParsonsCorporation）實現的。PLC即可編程控制器，（Programmable logic Controller）,是指以計算機技術為基礎的新型工業(yè)控制裝置。計算機數控(Computerized Numerical Control，簡稱CNC)是指用計算機實現部分或全部的數控功能。根據程序控制介質的不同，輸入裝置可以是光電閱讀機、錄放機或軟盤驅動器。 數控裝置具備的功能有：① 多坐標控制；② 實現多種函數的插補；③ 信息轉換功能，如英制/公制轉換、坐標轉換、絕對值/增量值轉換；④ 補償功能，如刀具半徑補償、長度補償、傳動間隙補償、螺距誤差補償；⑤ 多種加工方式選擇，如可以實現各種加工循環(huán)、重復加工；⑥ 具有故障自診斷功能；⑦ 通信和聯(lián)網功能等。3) 較多地采用高效傳動件，如滾珠絲杠螺母副、直線滾動導軌等。由于進給系統(tǒng)傳動精度、靈敏性和穩(wěn)定性將直接影響被加工工件的最后坐標精度和輪廓精度，因此，為減少摩擦阻力，進給系統(tǒng)普遍采用滾珠絲杠螺母副和滾動導軌。 數控機床的工作原理1 工作原理數控機床是一種高度自動化的機床，它在加工工藝與加工表面形成方法上與普通機床基本相同，最根本的不同在于實現自動化控制的原理與方法上：數控機床是用數字化的信息來實現自動控制的。CNC裝置每發(fā)出一個脈沖，機床執(zhí)行部件的最小位移量稱為脈沖當量。 數控系統(tǒng)對直線進行的插補計算即為直線插補，對圓弧進行的插補計算為圓弧插補，對其他由線進行的插補計算為其他的曲線插補。其基本思想是：用折線來逼近曲線(包括直線)。因此，逐點比較法在兩坐標聯(lián)動的數控機床中應用較為廣泛。在每一插補周期內，插補程序被調用一次，計算出各坐標軸在下一插補周期內的位移增量(數字量而不是單個脈沖)ΔX、ΔY等，然后再計算出相應插補點位置的坐標值。 2．按控制系統(tǒng)運動方式分類按控制方式分，最常用的數控機床可分為以下三類：(1) 開環(huán)數控機床這類數控機床采用開環(huán)進給伺服系統(tǒng)。 圖12 閉環(huán)控制的系統(tǒng)框圖相比于開環(huán)數控機床，閉環(huán)數控機床精度更高，速度更快，驅動功率更大，但是，這類機床價格昂貴，對機床結構及傳動鏈依然提出了嚴格的要求。大多數數控機床采用半閉環(huán)控制系統(tǒng)。高檔數控機床具有高性能通信接口，具備聯(lián)網功能，通過采用MAP(制造自動化協(xié)議)等高級工業(yè)控制網絡或Ethernet (以太網)，可實現遠程故障診斷和維修，為解決不同類型不同廠家生產的數控機床的聯(lián)網和數控機床進入FMS(柔性制造系統(tǒng))和CIMS(計算機集成制造系統(tǒng))等制造系統(tǒng)創(chuàng)造了條件。此外，數控機床一般都具有較好的安全防護、自動排屑、自動冷卻和自動潤滑裝置，使操作者的勞動條件也得到了很大改善。 采用數控機床加工，能準確地計算零件加工工時和費用，簡化了檢驗工、夾具，減少了半成品的管理環(huán)節(jié)，有利于生產管理的現代化。計算機數控系統(tǒng) 概述 CNC系統(tǒng)的組成CNC 系統(tǒng)主要由硬件和軟件兩大部分組成，其核心是CNC 裝置。前者主要處理機床軌跡運動的數字控制，后者主要處理開關量的邏輯控制。控制軸有移動軸和回轉軸。由于輪廓控制的實時性很強，軟件插補的計算速度難以滿足數控機床對進給速度和分辨率的要求，同時由于CNC 不斷擴展其他方面的功能也要求減少插補計算所占用的CPU 時間。指刀具主軸每轉進給的距離(毫米)。一般用地址符S 后加兩位或四位數字表示，單位分別為r/min 和mm/min。各種型號的數控裝置具有的M 功能差別很大，而且有許多是自定義的。通過事先檢測出絲杠螺距誤差和反向間隙，并輸入到CNC 系統(tǒng)中，在實際加工中進行補償，從而提高數控機床的加工精度。也有的CNC還可以通過制造自動化協(xié)議(MAP)接入工廠的通信網絡。機床參數一般在機床出廠時或在用戶安裝調試時已經設定好，所以輸入CNC系統(tǒng)的主要是零件加工程序和刀具補償參數。為了方便編程人員編制零件加工程序，編程時零件程序是以零件輪廓軌跡來編程的，與刀具尺寸無關。5) 插補零件加工程序段中的指令行程信息是有限的。 位置控制的原理7) I/O處理CNC 系統(tǒng)的I/O 處理是CNC 系統(tǒng)與機床之間的信息傳遞和變換的通道。近年來PLC 技術發(fā)展很快，每年都推出不少新產品。(5) 編程語言多樣化，大多數使用梯形圖語言和語句表語言，有的還可使用流程圖語言或高級語言。許多機械設備的工作過程都需要遵循一定的步驟或順序。與 RLC 比較，PLC 是一種工作原理完全不同的順序控制裝置，基基本功能如下。用戶控制邏輯用軟件實現。PLC 的開發(fā)利用，為數控機床提供了一種新型的順序控制裝置，并很快在實際應用中顯示了強大的生命力。各部件的作用如下。PLC 配有系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器，分別用以存儲系統(tǒng)程序和用戶程序。I/O模塊可以制成各種標準模塊，根據I/O 點數來增減和組合。簡易型編程器只能在線編程，它通過一個專用接口與PLC連接。每個梯級由一個行或數行構成。每一個語句包含有一個操作碼部分和一個操作數部分。某些信息的處理已不能采用順序執(zhí)行的方式，而必須采用高速實時處理方式。接人編程器時，也對編程器的輸入響應，并更新顯示。若程序中需要讀人某輸出狀態(tài)，則也在此時讀人，然后進行邏輯運算。I/O 點數與程序存儲器容量之間有內在的聯(lián)系。 所示為具有內裝型PLC 的CNC 機床系統(tǒng)框圖。圖 具有內裝型PLC 的CNC 機床系統(tǒng)框圖(4) 采用內裝型PLC 結構，CNC 系統(tǒng)可以具有某些高級的控制功能。(2) 獨立型PLC 一般采用積木式模塊化結構或籠式插板式結構，各功能電路多做成獨立的模塊或印制電路板，具有安裝方便，功能易于擴展和變更等優(yōu)點。 機床控制程序的設計流程、輸出信號，確定哪些機床信號（如按鈕、行程開關、繼電器觸點、無觸點開關的信號等）需要輸入給PLC，哪些信號需要從PLC輸出給數控機床（如繼電器線圈，指示燈以及其他的執(zhí)行電路），從而計算出對于PLC的輸入、輸出線的數目。即用PLC的指令來描述梯形圖的內容，以便于把梯形圖上的順序程序寫入到存貯器中。直到認為程序無誤為止。 PLC應用于立式車床的現實意義目前PLC已經廣泛應用于所有的工業(yè)部門，隨著其性能價格比的不斷提高，PLC的應用范圍不斷擴大，發(fā)展也十分迅速，在工業(yè)自動控制系統(tǒng)中占有極其重要的地位。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用PLC的少量開關量邏輯控制指令就可以方便地實現繼電器電路的功能。針對這些情況,從經濟性、可靠性、先進性、簡易性等多方面考慮,選用了可編程控制(PLC) 技術來進行電氣系統(tǒng)的技術改造。e：側刀架快移電動機。e：照明和工作指示等