【正文】 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。（1）進(jìn)給系統(tǒng)控制進(jìn)給系統(tǒng)的控制大多是通過(guò)控制步進(jìn)電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。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)。（2） 開(kāi)關(guān)量控制數(shù)控機(jī)床的開(kāi)關(guān)量信號(hào)控制是通過(guò)PLC來(lái)完成的。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)。（3）主軸控制數(shù)控系統(tǒng)只對(duì)主軸系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制。 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。目前，PLC已被廣泛應(yīng)用于各種生產(chǎn)機(jī)械和生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制中，成為一種最重要、最普及、應(yīng)用場(chǎng)合最多的工業(yè)控制裝置，并被公認(rèn)為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱（PLC、機(jī)器人、CAD/CAM）之一。 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。圖12 PLC的基本結(jié)構(gòu)示意圖PLC的軟件系統(tǒng)則包括系統(tǒng)軟件和用戶應(yīng)用軟件。 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。初始化CPU自診斷通信信息處理與外部設(shè)備交換信息執(zhí)行用戶程序輸入輸出信息處理圖13 PLC的工作過(guò)程（2）用戶程序的循環(huán)掃描過(guò)程PLC的工作過(guò)程與CPU的操作模式有關(guān)。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。第2章 數(shù)控車床PLC在數(shù)控車床中，位置控制是由位置控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 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。可編程控制器與CNC機(jī)床的強(qiáng)電、CNC數(shù)控裝置I/0口的聯(lián)接可歸納為下列三部分：（1）PLC輸入輸出端與機(jī)床面板信號(hào)聯(lián)接 CNC數(shù)控機(jī)床操作面板上有按鈕、旋鈕開(kāi)關(guān)和指示燈等，按鈕、旋鈕開(kāi)關(guān)直接與可編程控制器的輸入端接線柱相連，指示燈直接與PLC輸出端接線柱相連。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。從數(shù)控裝置I/O口的信息流向分析，可以分為兩種情況:一是數(shù)控裝置從I/O口輸出指令，控制PLC完成相應(yīng)的動(dòng)作；另一種是檢測(cè)PLC輸入口的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，數(shù)控裝置的I/O口是輸入信號(hào)，數(shù)控裝置根據(jù)輸入信號(hào)的性質(zhì)做出相應(yīng)的控制。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。⑴ M功能的處理M指令主要有M02 (程序停止) 、M03 (主軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)) 、M04 (主軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn))、M05 ( 主軸停止) 、M06 ( 準(zhǔn)備換刀) 等。⑵ T功能的處理在PLC上實(shí)現(xiàn)的主要是刀具選擇。⑶ S功能的處理S功能主要完成對(duì)主軸轉(zhuǎn)速的控制,常用的有代碼法和直接指定法。 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。 ① 操作信號(hào)處理接收操作面板上的信號(hào)和NC部分傳來(lái)的數(shù)控信號(hào)以控制數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)行。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。⑤ 冷卻控制實(shí)現(xiàn)程序控制冷卻的啟動(dòng)、停止。 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。PLC 控制系統(tǒng)其優(yōu)點(diǎn)在于根據(jù)加工工藝要求的不同相應(yīng)的修改程序就可以實(shí)現(xiàn)。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。基于PLC 的車床電氣控制系統(tǒng)功能分解如圖21?？删S護(hù)性好，基本上無(wú)需維護(hù)。而采用繼電器接觸器控制機(jī)床的控制則因?yàn)榇嬖诖罅繖C(jī)械觸點(diǎn)，工作電壓和工作電流較大，可靠性較差。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）。第3章 CK9930數(shù)控車床電氣控制分析數(shù)控車床主要用于軸類、盤類零件的加工,能自動(dòng)完成外圍柱面、內(nèi)孔、錐面、圓弧面、螺紋等工序的粗細(xì)加工,并能在圓柱面或端面上進(jìn)行銑槽、鉆孔、鉸孔等工作,可以實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)體零件在預(yù)先加工好定位基面后,一次裝夾下完成從毛坯到成品的全部工序. 因此,能夠極大地提高生產(chǎn)率。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。其中，床身是一個(gè)整體的鑄件。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。 車床對(duì)電氣控制的要求車床工藝范圍廣，因而它的調(diào)速范圍大、運(yùn)動(dòng)多。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)。④電路應(yīng)有必要的保護(hù)和聯(lián)鎖的措施。 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)。（1）啟動(dòng)過(guò)程啟動(dòng)時(shí)，合上Q1，引入三相電源。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。（2）主軸正反轉(zhuǎn) 該車床采用兩個(gè)接觸器KM3和KM4來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)控制。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。接觸器KM3閉合，KM4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)正轉(zhuǎn)。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)。所以在進(jìn)行電動(dòng)機(jī)的換向操作時(shí)，必須先按下停止按鈕才能反向啟動(dòng)。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)。KM2的觸頭也會(huì)隨KM2線圈的斷電而斷開(kāi)，則主軸控制電路斷電。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。第4章 PLC控制程序的設(shè)計(jì) PLC程序設(shè)計(jì)方法 PLC的編程語(yǔ)言國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）于1994年5月公布了可編程序控制器語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)(IEC611313),詳細(xì)地說(shuō)明了句法、語(yǔ)義和下述5種編程語(yǔ)言：⑴ 順序功能圖(Seouential function chart)；⑵ 梯形圖(Ladder diagram)；⑶ 功能塊圖(Function block diagram)；⑷ 指令表(Instruction list)；⑸ 結(jié)構(gòu)文本(Structured text)。[8]其中，梯形圖是使用的最多的圖形編程語(yǔ)言