【文章內(nèi)容簡介】 板開關(guān)和數(shù)控系統(tǒng)軟件的控制。 PLC輸入端與CNC機(jī)床數(shù)控裝盆I/O接口的聯(lián)接可編程控制器物出端的通斷是由其物入端通斷狀態(tài)及梯形圖程序決定的，可以分為兩種情況:一是數(shù)控裝!從1/0口輸出指令，控制PLC完成相應(yīng)的動(dòng)作。另一種是檢測PLC輸入口的開關(guān)狀態(tài)，數(shù)控裝里的I/0口是輸入信號(hào)，數(shù)控裝登根據(jù)輸入信號(hào)的性質(zhì)做出相應(yīng)的控制。 CNC加工代碼在PLC上的實(shí)現(xiàn)方法目前，數(shù)控機(jī)床程序中，有關(guān)機(jī)床坐標(biāo)系約定、準(zhǔn)備功能、輔助功能、刀具功能及程序格式等方面已趨于統(tǒng)一，形成了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，即所謂的CNC機(jī)床ISO代碼，在一個(gè)加工程序中包含許多程序段，每個(gè)段又由若干字組成，每I個(gè)字表示一種功能，歸納起來有4種:一種是準(zhǔn)備功能，即所謂的O代碼。第二種是輔助功能，即所謂的M代碼:第三種是刀具功能，即所謂的T代碼:第四種是轉(zhuǎn)速功能即所謂的S代碼。根據(jù)數(shù)控機(jī)床性能的不同能執(zhí)行這4種功能多少的程度也不同。在數(shù)控機(jī)床內(nèi)部4種功能中，O功能主要與聯(lián)動(dòng)坐標(biāo)軸驅(qū)動(dòng)有關(guān)，是通過CPU控制數(shù)控裝置的I/0接口實(shí)現(xiàn)。M功能主要控制機(jī)床強(qiáng)電部分，包括主軸換向、冷卻液開關(guān)等功能。T功能與刀具的選擇和補(bǔ)償有關(guān)。 T功能代碼的實(shí)現(xiàn)方法T功能代碼包含兩部分，一是刀具選擇。:刀具選擇。換刀過程如下:運(yùn)行數(shù)控程序，發(fā)出某個(gè)刀具號(hào)的換刀指令，對(duì)應(yīng)的數(shù)控裝里I/0口變?yōu)樯屉娖剑筆LC輸入端的軟開關(guān)接通，換刀電機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)在刀架上的干贊管觸點(diǎn)開關(guān)接通后換刀電機(jī)反轉(zhuǎn)，使刀架下落壓緊，當(dāng)壓緊力足夠大時(shí)，徽動(dòng)開關(guān)接通，換刀電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。 M功能代碼實(shí)現(xiàn)方法ISO數(shù)控加工代碼標(biāo)準(zhǔn)中輔助功能很多，對(duì)于不同的數(shù)控機(jī)床，所能實(shí)現(xiàn)的輔助功能也不盡相同，但是各種數(shù)控機(jī)床都具有一些荃本的輔助功能，如M00程序停止)，M03(主軸正轉(zhuǎn))，M05(主軸停止)等，M功能的一部分是由數(shù)控系統(tǒng)本身的硬件和軟件實(shí)現(xiàn)，還有一部分需要數(shù)控裝2與PLC相結(jié)合來完成，如主軸的正轉(zhuǎn)與停止功能，M功能的實(shí)現(xiàn)與T功能的實(shí)現(xiàn)方法類似，同樣是數(shù)控裝21/0接口發(fā)出指令， P LC程序的模塊化設(shè)計(jì)一個(gè)應(yīng)用程序包括一套在PLCTOOL編程工具下產(chǎn)生的模塊。把它裝入NC去控制相應(yīng)的系統(tǒng)，本次設(shè)計(jì)中，我們利用PLCTOOL軟件，綜合管子車床的特點(diǎn)，開發(fā)了該機(jī)床的PLC控制程序。將PLC程序劃分為5個(gè)模塊，即公共信號(hào)模塊、荃本控制模塊、刀架模塊、主軸模塊、報(bào)警模塊。(1)公共信號(hào)模塊:主要處理PLC與NC之間的接口信號(hào)。(2)荃本控制模塊:主要用來處理緊急停止、潤滑、冷卻、方式選擇、手動(dòng)進(jìn)給、程序啟停等信號(hào)。(3)刀架模塊:用于對(duì)轉(zhuǎn)塔刀架的選刀、定位等過程進(jìn)行邏輯控制。(4)主制模塊:對(duì)主軸正反轉(zhuǎn)、主軸定向、主軸變速等動(dòng)作過程進(jìn)行控制。模塊中包括伺服主軸和變頻主軸兩種控制邏輯，可通過修改PLC參數(shù)進(jìn)行切換。(5)報(bào)等模塊:對(duì)機(jī)床故陳誤操作等狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測并觸發(fā)相應(yīng)的報(bào)譽(yù)文本信息同時(shí)產(chǎn)生各種安全互鎖信號(hào)，防止對(duì)機(jī)床或人身造成傷害。以上5個(gè)模塊的功能可通過1個(gè)主程序和12個(gè)子程序完成，主程序主要完成系統(tǒng)初始化工作，然后調(diào)用子程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床的各種控制。程序結(jié)構(gòu)如表41：名稱文件名任務(wù)模塊主程序%TSO初始化%INI子程序急停%SP1冷卻%SP2導(dǎo)軌潤滑%SP4主軸%SP6伺服%SP8刀架%SP10手動(dòng)%SP14方式%SP16M01功能%SP18跳步%SP20軸記憶%SP24報(bào)警%SP26 每個(gè)模塊都分為輸入部分、主體邏輯部分和輸出部分，輸入部分將輸入信號(hào)的物理地址轉(zhuǎn)化為PLC的中可邏輯地址，以保持主體邏輯部分相對(duì)于翰入地址的獨(dú)立性，主體邏輯部分是模塊的主要構(gòu)成部分，完成控制過程的邏輯和算術(shù)運(yùn)算。并將運(yùn)算結(jié)果暫存于中間邏輯地址。輸出部分有兩個(gè)作用:一是將主體邏輯部分的運(yùn)算結(jié)果傳送給輸出信號(hào)的物理地址，實(shí)現(xiàn)機(jī)床各功能部件的動(dòng)作，并保持主體邏輯部分相對(duì)于輸出地址的獨(dú)立性。二是向其它模塊提供接口信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)各種順序或連鎖控制功能。 變量說明交換規(guī)則 :自動(dòng)控制功能和NC功能之間的交換是通過一個(gè)雙方功能指令都能存取的存儲(chǔ)器空間作為數(shù)據(jù)交換區(qū)來實(shí)現(xiàn)的。數(shù)據(jù)的交換不需要經(jīng)過輸入輸出卡，而是山自動(dòng)控制功能直接進(jìn)行的。這里所說的輸入和輸出是相對(duì)于自動(dòng)控制功能定義的，輸入是由自動(dòng)控制功能讀的一個(gè)變t，而輸出是由自動(dòng)控制功能寫的一個(gè)變量。變量可分為:內(nèi)部變量、端子板輸入輸出變量、配置和診斷變量、CNC接口變量、公共字變量以及局部變量。本次設(shè)計(jì)所編制的梯形圖程序所用變量有內(nèi)部變量、端子板輸入輸出變量、CNC接口變量。詳細(xì)如表42:表4—2輸入/輸出(I/O)卡接口變量 輸入點(diǎn)變量說明變量說明%+X限位%四號(hào)刀位%X限位%刀架正位%+Z限位%主軸電源無故障%Z限位%主軸伺服準(zhǔn)備好%X參考15%主軸轉(zhuǎn)速過低%Z參考點(diǎn)%伺服電源準(zhǔn)備好%C參考點(diǎn)%X軸模塊準(zhǔn)備好%急停%Z軸模塊準(zhǔn)備好%一號(hào)刀位%PLC無故障%二號(hào)刀位%低泊位%三號(hào)刀位%一般故障輸出點(diǎn)變量說明變量說明%PLC準(zhǔn)備好%主軸伺服電源%C軸參考點(diǎn)%伺服電源%X軸使能%主軸風(fēng)扇%Z和！1使能%潤滑電機(jī)%CNC故障%冷卻%一般故障%手動(dòng)潤滑%主軸報(bào)警%刀架正轉(zhuǎn)%伺服報(bào)警%刀架反轉(zhuǎn)%限位報(bào)警%主軸電源使能%低泊位顯示NC輸入/輸出變量變量記憶符說明%ESLASH程序段跳過使能%ERAZCNC復(fù)位在進(jìn)行中%EARUS循環(huán)停止%ECYCLE循環(huán)在進(jìn)行中%ERAX軸運(yùn)動(dòng)恢復(fù)%EDGURG緊急返回%ECNPRETCNC準(zhǔn)備好%EINCJOG*08手輪進(jìn)給%MODCOUR=0自動(dòng)1單段2輸入3空運(yùn)行6試驗(yàn)7手動(dòng)方式%CARUS加工停請(qǐng)求%CCYCLE發(fā)出循環(huán)脈沖%CRAX軸恢復(fù)選擇%CDGURG緊急返回請(qǐng)求%CSLASH程序段跳過使能%CM01選擇停使能%AUTAV允許在所有軸組上進(jìn)給%NARFIB程序結(jié)束時(shí)不停止運(yùn)行%MODEPUP操作方式選擇%MODEDEM=0自動(dòng)1單段2輸入3空運(yùn)行6試驗(yàn)7手動(dòng)方式 梯形圖程序?qū)嵗?主程序TSO模塊1主程序主要完成一組進(jìn)給授權(quán)、一組使能、選擇軸、讀入進(jìn)給倍率及主軸倍率、從CNC中讀出主軸參考速度等系統(tǒng)初始化工作，然后調(diào)用子程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床的各種控制。圖41 程序起?？刂铺菪螆D當(dāng)按下CYCLE START鍵，且三軸(X,Z ,C )使能都加上時(shí)，發(fā)出循環(huán)脈沖，CYCLE=1,當(dāng)循環(huán)燈沒亮，且循環(huán)在進(jìn)行時(shí)，CYCLE START燈亮。當(dāng)按下CYCLE STOP鍵，且三軸(X,Z ,C )使能都加上時(shí)，則發(fā)出加工停請(qǐng)求，CARVS=1。當(dāng)循環(huán)停顯示，則循環(huán)停止。刀架有刀架電機(jī)驅(qū)動(dòng)，刀具盤上有4個(gè)均勻分布的刀具位，程序完成對(duì)刀架正(圖42)、反轉(zhuǎn)及換刀(圖43)等控制。圖42 刀架正轉(zhuǎn)梯形圖圖43 換刀梯形圖報(bào)警等控制程序主要有CNC狀態(tài)報(bào)警、一般故障報(bào)警、低油位報(bào)警、伺服報(bào)警、主軸報(bào)警等(圖44)。圖44 CNC狀態(tài)報(bào)警梯形圖主軸控制主要包括對(duì)主軸正反轉(zhuǎn)、主軸風(fēng)扇、主軸使能等的控制(圖45)。圖45 主軸正反轉(zhuǎn)控制梯形圖G代碼表指令名 功 能 指令名 功 能 G00 定位（快速移動(dòng)） G70 精加工循環(huán) G01 直線插補(bǔ)（切削進(jìn)給） G71 內(nèi)外圓粗車復(fù)合循環(huán) G02 順時(shí)針圓弧插補(bǔ)（后刀座） G72 端面粗車復(fù)合循環(huán) G03 逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)（后刀座） G73 封閉切削復(fù)合循環(huán) G04 暫停、準(zhǔn)停 G74 軸向切槽循環(huán) G28 返回機(jī)械零點(diǎn) G75 徑向切槽循環(huán) G32 螺紋切削 G76 螺紋切削復(fù)合循環(huán) G33 攻絲循環(huán) G90 內(nèi)外圓切削循環(huán) G34 變螺距螺紋切削 G92 螺紋切削循環(huán) G40 取消刀尖半徑補(bǔ)償 G94 端面切削循環(huán) G41 刀尖半徑左補(bǔ)償（后刀座） G96 恒線速控制 G42 刀尖半徑右補(bǔ)償（后刀座） G97 恒轉(zhuǎn)速控制 G50 坐標(biāo)系設(shè)定 G98 每分進(jìn)給 G65 宏指令 G99 每轉(zhuǎn)進(jìn)給 第五章 主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)總體方案的確定 主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是根據(jù)變速傳動(dòng)系統(tǒng)的不同類型而決定的，而變速系統(tǒng)的類型應(yīng)兼顧縮短變速所需的時(shí)間并能簡化傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)等因素綜合來選擇、設(shè)計(jì)。變速系統(tǒng)的類型主要有三種：無級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)是指執(zhí)行件的轉(zhuǎn)速（或速度）在一定的范圍內(nèi)連續(xù)地變化，這樣可以使執(zhí)行件獲得最有利的速度，能在系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)中變速，也便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等。機(jī)械系統(tǒng)中常用的無級(jí)變速裝置有以下三種。（1）機(jī)械無級(jí)變速器機(jī)械無級(jí)變速器有鋼球式（科普型）、寬帶式等多種結(jié)構(gòu)，它們是依靠摩擦力來傳遞轉(zhuǎn)矩，通過連續(xù)地改變摩擦傳動(dòng)副的工作半徑來實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速。由于其結(jié)構(gòu)簡單、傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲小、使用維修方便、效率高，所以在各類機(jī)械（如機(jī)床、印刷機(jī)械、電工機(jī)械、鐘表機(jī)械、輕工機(jī)械、紡織機(jī)械、塑料機(jī)械、化工機(jī)械等）中得到了廣泛的應(yīng)用。但由于摩擦副的彈性滑動(dòng)，存在轉(zhuǎn)速損失，故不能用于調(diào)速精度高的場合。另外，它的變速范圍小，通常變速范圍Rb為4～6，少數(shù)可達(dá)10～15，因此，為了滿足執(zhí)行件變速范圍的需要，常串聯(lián)有級(jí)變速機(jī)構(gòu)（如齒輪變速箱）。（2）液壓無級(jí)變速裝置液壓無級(jí)變速裝置是利用油液為介質(zhì)來傳遞動(dòng)力，通過連續(xù)改變輸入液動(dòng)機(jī)（或油缸）的油液流量來實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速。它的傳動(dòng)平穩(wěn)、運(yùn)動(dòng)換向沖擊小、易于實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)。因此，常用于執(zhí)行件要求直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)械系統(tǒng)中。如刨床、拉床的主運(yùn)動(dòng)以及組合機(jī)床的動(dòng)力滑臺(tái)等。（3）電氣無級(jí)變速裝置電氣無級(jí)變速裝置是以直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)、交流變頻電動(dòng)機(jī)或交、直流伺服電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等為動(dòng)力源，通過連續(xù)地變換這些電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。機(jī)械系統(tǒng)中的執(zhí)行件在工作過程中,要求在整個(gè)變速范圍內(nèi)為功率、轉(zhuǎn)矩特性不同，而電動(dòng)機(jī)的功率、轉(zhuǎn)矩特性必須與之適應(yīng)，但是，不論是直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)、交流變頻電動(dòng)機(jī)或是交、直流伺服電動(dòng)機(jī)，只是在額定轉(zhuǎn)速以上至最高轉(zhuǎn)速之間為恒功率調(diào)速，變速范圍小，而在額定轉(zhuǎn)速以下為恒轉(zhuǎn)矩的，變速范圍很寬。如果執(zhí)行件要求在整個(gè)變速范圍內(nèi)為恒功率調(diào)速，上述的無級(jí)調(diào)速器均不能適應(yīng)，則須串聯(lián)一個(gè)有級(jí)變速裝置來擴(kuò)大恒功率調(diào)速范圍，如一些大型機(jī)床（立式車床、龍門刨床、鏜床等）和數(shù)控機(jī)床以及數(shù)控纖維纏繞機(jī)，數(shù)控布帶纏繞機(jī)等的主運(yùn)動(dòng)。而對(duì)于數(shù)控機(jī)床的直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，則要求在整個(gè)變速范圍內(nèi)為恒轉(zhuǎn)矩，此時(shí)可通過簡單的固定傳動(dòng)鏈與執(zhí)行件相連來滿足要求。 有級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)由滑移齒輪、交換齒輪、交換皮帶輪等變速傳動(dòng)副組成的傳動(dòng)系統(tǒng)可使執(zhí)行件得到若干個(gè)所需要的轉(zhuǎn)速，這種變速在范圍內(nèi)不能連續(xù)地變速，屬于有級(jí)變速。它傳遞的功率大，變速范圍寬，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，工作可靠，但有轉(zhuǎn)速損失。有級(jí)變速較廣泛地應(yīng)用于通用機(jī)床，尤其是中小型通用機(jī)床中。如果機(jī)械系統(tǒng)的執(zhí)行件要求以某一固定的轉(zhuǎn)速（速度）工作，則連接動(dòng)力源與執(zhí)行件的傳動(dòng)系統(tǒng)屬于固定傳動(dòng)比的傳動(dòng)系統(tǒng)，既該系統(tǒng)是由若干個(gè)固定傳動(dòng)比串聯(lián)組成。經(jīng)過調(diào)研、查閱資料可知，大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床采用分級(jí)變速機(jī)構(gòu)，并采用電磁離合器進(jìn)行自動(dòng)變速，而經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床大多數(shù)是在原有普通機(jī)床的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，并采用簡單的數(shù)控系統(tǒng)變速進(jìn)給機(jī)構(gòu)，自動(dòng)刀架，具有經(jīng)濟(jì)的突出特點(diǎn)，現(xiàn)在這種機(jī)床在小型、私營企業(yè)正被大量使用，但也存在一些如在加工過程中不能自動(dòng)變速等缺點(diǎn)，為了使能設(shè)計(jì)的機(jī)床在時(shí)常上更具競爭力，因此采用無級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)中的機(jī)械無級(jí)變速器。但是光靠機(jī)械無級(jí)變速器變速范圍較窄，不能滿足100～4000r/min的設(shè)計(jì)要求，為了擴(kuò)大機(jī)床的變速范圍，常在無級(jí)變速系統(tǒng)后面串聯(lián)分級(jí)變速機(jī)構(gòu)。在本設(shè)計(jì)中，我采用的是無級(jí)變速與分級(jí)變速綜合的分級(jí)變速系統(tǒng)。這種變速方式是在大、中型數(shù)控機(jī)床中采用較多的一種變速方式，常通過幾對(duì)齒輪降速，增大輸出扭矩，以滿足主軸輸出扭矩特性的要求。部分小型數(shù)控機(jī)床也采用這種傳動(dòng)方式，以獲得強(qiáng)力切削時(shí)所需的扭矩。： 電動(dòng)機(jī)的選擇電動(dòng)機(jī)工作時(shí)會(huì)發(fā)熱，它不僅取決于負(fù)載的大小，也和負(fù)載持續(xù)的時(shí)間的長短密切相關(guān)，這是選擇額定功率時(shí)必須考慮的。按電動(dòng)機(jī)的不同發(fā)熱情況，可以分為三種工作方式（或稱工作制），即連續(xù)工作方式、短時(shí)工作方式和斷續(xù)周期性工作方式。我設(shè)計(jì)的數(shù)控儀表車床其工作時(shí)間一般較長，溫升可以達(dá)到穩(wěn)定值，電機(jī)的負(fù)載可能是恒定或大小基本恒定的常值負(fù)載或變化負(fù)載，因此屬于連續(xù)工作方式。由于電動(dòng)機(jī)為連續(xù)工作方式，負(fù)載平穩(wěn)，且經(jīng)常啟動(dòng)、制動(dòng)和正反轉(zhuǎn)，因此因優(yōu)先采用鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)。.，且電動(dòng)機(jī)類型為異步電動(dòng)機(jī)，根據(jù)參考書籍《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》，選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y132M－4的電動(dòng)機(jī)。其主要技術(shù)數(shù)據(jù)為：額定功率P=，轉(zhuǎn)速1440/min，效率為87%，m，178。/178。，重量81kg。 箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)箱體材料選用中等強(qiáng)度的灰鑄鐵HT200。箱體鑄造時(shí)的最小壁厚根據(jù)其外形輪廓尺寸而定，其外形尺寸為長 寬 高500 5