【正文】 在此，我還要感謝和我一起愉快度過(guò)本科生活的09級(jí)中南機(jī)制的各位同學(xué)，由于你們的熱情幫助和支持，我才能克服一個(gè)又一個(gè)的困難和疑惑，直至本論文的順利完成。 致 謝本論文是在王增法高級(jí)工程師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。②系統(tǒng)地學(xué)習(xí)了PLC的相關(guān)知識(shí)。中間繼電器或接觸器的輔助觸頭變換為輸出或寄存器等，相應(yīng)的連線在PLC梯形圖中對(duì)應(yīng)連接好。而線圈(無(wú)論是繼電器還是接觸器)在梯形圖中只能出現(xiàn)一次，所以設(shè)計(jì)程序時(shí)要抓住它。利用PLC對(duì)普通機(jī)床進(jìn)行改造不僅提高了機(jī)床的性能，而且利用了原有的設(shè)備,節(jié)約了資源。④ 為了進(jìn)一步完善控制系統(tǒng)，在保留原有控制功能基礎(chǔ)上，增加了自動(dòng)換刀、定時(shí)潤(rùn)滑等功能。所以開(kāi)展此類有關(guān)機(jī)床改造的技術(shù)方案的研究從而切實(shí)有效地推進(jìn)這項(xiàng)工程，很有意義。 在這一章中，采用模塊化設(shè)計(jì)思想，分八個(gè)模塊詳盡地展示了PLC控制程序的開(kāi)發(fā)過(guò)程。總之，通過(guò)調(diào)試這個(gè)環(huán)節(jié)，進(jìn)一步提高了程序的正確性和可靠性，也使自己對(duì)于某些指令的理解更加全面，并且學(xué)到了一些難得的程序設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)調(diào)試，確實(shí)發(fā)現(xiàn)了一些關(guān)鍵的問(wèn)題，有的是對(duì)于某些指令的含義的理解存在偏差，有的是程序的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，還有則是對(duì)于程序在實(shí)際執(zhí)行中可能出現(xiàn)的問(wèn)題考慮不周?？紤]到本控制系統(tǒng)中各模塊之間差異較大，沒(méi)有專門編制這一子程序，而是將這些內(nèi)容穿插在相關(guān)的子程序中。在程序中首先對(duì)D5和D6中存放的值進(jìn)行比較，判斷是否到位。D7存放待換刀號(hào)與實(shí)際刀號(hào)的差值。發(fā)出換刀指令。此處選擇結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、剛性好、價(jià)格便宜的四刀位電動(dòng)刀架。在急停生效時(shí)，冷卻輸出禁止。在這兩種情況下，PLC都會(huì)報(bào)警，潤(rùn)滑就會(huì)停止。潤(rùn)滑系統(tǒng)的控制過(guò)程如下：在正常工作時(shí)，按下潤(rùn)滑電機(jī)起動(dòng)按鈕后，系統(tǒng)即開(kāi)始進(jìn)行潤(rùn)滑，運(yùn)行10秒后停止，停止30分鐘后重新開(kāi)始進(jìn)行潤(rùn)滑，如此循環(huán)往復(fù)下去。說(shuō)明：行程開(kāi)關(guān)又稱限位開(kāi)關(guān)，用于控制機(jī)械設(shè)備的行程及限位保護(hù)。此處用PLC基本邏輯指令實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能, 所示。 坐標(biāo)軸控制程序坐標(biāo)軸控制設(shè)計(jì)的核心是圍繞坐標(biāo)軸驅(qū)動(dòng)允許而展開(kāi)的 [10]。除此之外，必須采用PLC內(nèi)部的時(shí)間繼電器進(jìn)行延時(shí)控制，否則會(huì)造成正、反轉(zhuǎn)接觸器同時(shí)接通而引起電源短路。 撥開(kāi)回原點(diǎn)起動(dòng)按鈕X12，M14變?yōu)镺N, 刀架開(kāi)始向X和Z兩個(gè)方向退，退到X正向行程開(kāi)關(guān)時(shí)X36為ON，刀架向Z方向退，到Z向限位處時(shí)，X34變?yōu)镺N, Z方向也停止并將M14復(fù)位。在構(gòu)思出這個(gè)程序主體的框架后，接下來(lái)就是以它為主線，逐一編寫各子程序。FXGP_WINC是在Windows操作系統(tǒng)下運(yùn)行的FX系列PLC的專用編程軟件，操作界面簡(jiǎn)單方便，在該軟件中可通過(guò)梯形圖、指令表及SFC 符號(hào)來(lái)編寫PLC程序。I/O分配表是設(shè)計(jì)梯形圖程序的基礎(chǔ)資料之一，也是設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)時(shí)必須首先完成的工作，會(huì)給PLC系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)調(diào)試帶來(lái)很多方便。這樣，使得每一部分的程序都可以單獨(dú)設(shè)計(jì)和修改，也就是說(shuō)設(shè)計(jì)和修改某一部分程序時(shí)，不必?fù)?dān)心會(huì)對(duì)另一部分程序造成影響。本文也采用梯形圖進(jìn)行程序的編制。[8]其中，梯形圖是使用的最多的圖形編程語(yǔ)言，有PLC第一編程語(yǔ)言之稱。另外，若是行程開(kāi)關(guān)接通，也會(huì)使繼電器RA2斷電，同理，整個(gè)控制電路也將會(huì)斷電。與RA1的觸點(diǎn)串聯(lián)的接觸器KM2線圈斷電，同時(shí)接觸器KM1的觸頭也斷開(kāi)。接觸器KM4閉合，KM3由互鎖電路斷開(kāi)（即使RA4誤動(dòng)作也不會(huì)閉合），主軸電機(jī)反轉(zhuǎn)。所以，電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制電路實(shí)際上是由互鎖的兩個(gè)方向相反的單向運(yùn)行線路組成的。與此同時(shí)，在超程解除（X33）有效狀況下閉合繼電器RA2，且使X31有效（控制器收到主電路接通信號(hào)），則繼電器RA1通電，RA1的觸點(diǎn)閉合，接觸器KM2線圈通電吸合，KM2的主觸頭閉合，為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器供電，且主軸電機(jī)也通電。 圖31 CK9930數(shù)控車床電氣原理圖 主電路分析將三相電源經(jīng)空氣斷路器Q1和Q2引入，單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)主軸電動(dòng)機(jī)M1用接觸器KM3和KM4形成的互鎖電路控制正反轉(zhuǎn)。②由于采用齒輪變速，為防止出現(xiàn)頂齒現(xiàn)象，要求主軸系統(tǒng)變速時(shí)作低速斷續(xù)沖動(dòng)。CK9930數(shù)控車床的運(yùn)動(dòng)形式有：⑴ 主運(yùn)動(dòng)：工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，是主軸通過(guò)卡盤帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)形式。床身最大工件回轉(zhuǎn)直徑300mm，最大工件長(zhǎng)度500mm，刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑140mm，外型尺寸1100 mm580 mm580 mm。⑷ 效價(jià)比高 交流接觸器的額定壽命約為800～1600h，遠(yuǎn)低于PLC，再考慮到因更換壞掉的接觸器所耽誤的工時(shí)，從經(jīng)濟(jì)性的角度來(lái)看，用PLC也是很合算的（PLC價(jià)格與I/O點(diǎn)數(shù)成正比，而機(jī)床所要用的I/O點(diǎn)數(shù)并不多）。可維護(hù)性好，基本上無(wú)需維護(hù)。通過(guò)PLC 來(lái)實(shí)現(xiàn)車床電氣控制系統(tǒng)的各項(xiàng)功能，需要將各種控制和檢測(cè)信號(hào)通過(guò)按鈕和檢測(cè)元件輸入PLC，再通過(guò)PLC 內(nèi)部程序的運(yùn)算將結(jié)果輸出到各種執(zhí)行設(shè)備，完成電氣控制系統(tǒng)對(duì)于車床的控制。 用PLC實(shí)現(xiàn)車床電氣控制系統(tǒng)的功能從本質(zhì)來(lái)講，基于PLC 的機(jī)床電氣控制系統(tǒng)對(duì)機(jī)床的控制思路仍然與繼電器接觸器控制系統(tǒng)是一致的。③ 坐標(biāo)軸控制控制坐標(biāo)軸的伺服驅(qū)動(dòng)及限位開(kāi)關(guān)等。 PLC的控制對(duì)象數(shù)控系統(tǒng)可以分為兩部分：控制伺服電動(dòng)機(jī)和主軸電機(jī)動(dòng)作的系統(tǒng)部分NC 和控制輔助電氣部分的PLC。⑵ T功能的處理在PLC上實(shí)現(xiàn)的主要是刀具選擇。歸納起來(lái)有4種功能:一種是準(zhǔn)備功能，即所謂的G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。每個(gè)電機(jī)的運(yùn)行程序控制邏輯都固化在PLC中，受機(jī)床操作面板開(kāi)關(guān)和數(shù)控系統(tǒng)軟件的控制。 數(shù)控車床PLC的信息傳遞通過(guò)PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)車床電氣控制系統(tǒng)的各項(xiàng)功能，需要將各種控制和檢測(cè)信號(hào)通過(guò)按鈕和檢測(cè)元件輸入PLC，再通過(guò)PLC內(nèi)部程序的運(yùn)算將結(jié)果輸出到各種執(zhí)行設(shè)備，完成電氣控制系統(tǒng)對(duì)于車床的控制。在掃描周期內(nèi)，STOP模式和RUN模式的主要差別是：RUN模式下執(zhí)行用戶程序，而在STOP模式下不執(zhí)行用戶程序。 PLC的工作原理（1）PLC的工作過(guò)程PLC上電后，就在系統(tǒng)程序的監(jiān)控下，周而復(fù)始地按一定的順序?qū)ο到y(tǒng)內(nèi)部的各種任務(wù)進(jìn)行查詢、判斷和執(zhí)行，這個(gè)過(guò)程實(shí)質(zhì)上是按順序循環(huán)掃描的過(guò)程。 PLC的基本結(jié)構(gòu)PLC也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。 PLC的硬件與工作原理 PLC簡(jiǎn)介可編程序控制器（Programmable Controller）簡(jiǎn)稱PC，為了不與個(gè)人計(jì)算機(jī)（也簡(jiǎn)稱PC）混淆，通常將可編程序控制器稱為PLC。由于I/O 口可輸入信號(hào)和輸出信號(hào), 其輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)邏輯譯碼電路轉(zhuǎn)換成多路的輸出信號(hào), 可實(shí)現(xiàn)主軸電機(jī)、冷卻泵及主軸變速等的控制； 輸入口可接受行程限位開(kāi)關(guān)暫停、主軸同步脈沖、選刀回答等信號(hào)。其角位移量和輸入脈沖的個(gè)數(shù)嚴(yán)格成正比,在時(shí)間上與輸入同步, 控制輸入脈沖的數(shù)量、頻率及電機(jī)繞組通電順序, 便可獲得所需的轉(zhuǎn)角、速度及轉(zhuǎn)動(dòng)方向；無(wú)脈沖輸入時(shí),在繞組電源的激勵(lì)下,氣隙磁場(chǎng)使轉(zhuǎn)子保持原來(lái)的位置狀態(tài)。 圖11 CNC系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)框圖 數(shù)控系統(tǒng)的工作原理雖然數(shù)控系統(tǒng)種類繁多，但其的基本原理都是相通的。國(guó)際信息處理聯(lián)盟對(duì)數(shù)控機(jī)床做了如下定義定義：數(shù)控機(jī)床是一種裝有程序控制系統(tǒng)的機(jī)床，該系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有使用號(hào)碼或其他符號(hào)編碼指令規(guī)定的程序。隨著數(shù)控技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，這一數(shù)控系統(tǒng)已不能滿足加工要求，本課題就是對(duì)現(xiàn)有的CK9930數(shù)控車床所進(jìn)行的改造項(xiàng)目的一個(gè)組成部分。所以在該控制程序的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，采用了模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。本文介紹了用三菱FX2N微型可編程控制器對(duì)CK9930機(jī)床的電氣控制部分的改造設(shè)計(jì)，重點(diǎn)闡述了數(shù)控機(jī)床PLC的功能、機(jī)床的電氣控制原理及相應(yīng)的PLC程序編制與調(diào)試三方面的問(wèn)題。早期的數(shù)控機(jī)床是依靠繼電器邏輯來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。由于繼電器邏輯是一種硬接線系統(tǒng)，布線復(fù)雜，體積龐大，更改困難，一旦出現(xiàn)問(wèn)題，很難維修。并且詳盡地展示了PLC控制程序的開(kāi)發(fā)過(guò)程。本文主