【正文】 為突出。手工編程和自動編程已經(jīng)使用了幾十年，有了長足的發(fā)展，在手工編程方面，開發(fā)多種加工循環(huán)、參數(shù)編程和除直線、圓弧以外的各種插補(bǔ)功能，CAD/CAM的研究發(fā)展，從技術(shù)上來講可以替代手工編程。近年來，發(fā)展起來的圖形交互式編程系統(tǒng)（WOP,又稱面向車間編程），很受用戶歡迎。圖形交互編程方法在制定標(biāo)準(zhǔn)后，有可能成為各種型號的數(shù)控機(jī)床統(tǒng)一的編程方法。有的數(shù)控機(jī)床將采用說明書、編程指南、潤滑指南等存入系統(tǒng)供使用者調(diào)閱。數(shù)控系統(tǒng)對輸入的加工程序進(jìn)行譯碼、運(yùn)算之后，想機(jī)床輸出各種信息和指令，控制其各部分按規(guī)定有序地動作（包括機(jī)床主運(yùn)動的變速、啟停，進(jìn)給運(yùn)動的速度、方向和位移大小，以及其他諸如刀具選擇交換、工件夾緊松開和冷卻潤滑液的啟、停等）?？傊?，數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行在數(shù)控系統(tǒng)的嚴(yán)密監(jiān)控下，處在不斷地計(jì)算、輸入、輸出、反饋等控制過程中，從而保證數(shù)控機(jī)床能嚴(yán)格按照輸入程序的要求來執(zhí)行動作?；究刂乒δ苁侵鬏S的正、反轉(zhuǎn)和停止，可自動換擋及無極調(diào)速；對加工中心和有些數(shù)控車床，還要求主軸進(jìn)行高精確度準(zhǔn)停和分度功能、 ⑵進(jìn)給運(yùn)動 進(jìn)給運(yùn)動是數(shù)控機(jī)床區(qū)別于普通機(jī)床最主要的地方，即用電氣驅(qū)動代替了機(jī)械驅(qū)動，數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動是由進(jìn)給伺服系統(tǒng)完成的。CNC伺服驅(qū)動裝置伺服電動機(jī)速度檢測工作臺位置檢測反饋位置檢測速度反饋 一般說來，數(shù)控機(jī)床功能的強(qiáng)弱主要取決于計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（CNC）裝置，而數(shù)控機(jī)床性能的優(yōu)勢，如運(yùn)動速度與精度等，主要取決于進(jìn)給伺服驅(qū)動系統(tǒng)。如對機(jī)械傳動鏈進(jìn)行預(yù)緊和反向間隙調(diào)整；采用高精度的位置檢測裝置；采用高性能的伺服驅(qū)動裝置和伺服電動機(jī)，來提高數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)算速度等。例如，通過對加工程序中的M代碼指令、機(jī)床操作面板上的控制開關(guān)及分布在機(jī)床各部位的行程開關(guān)、接近開關(guān)、壓力開關(guān)等輸入原件的檢測，由數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)的可編程控制器（PLC）進(jìn)行邏輯運(yùn)算，輸出控制信號驅(qū)動中間繼電器、接觸器、電磁閥及電磁制動器等輸出原件，對冷卻泵、潤滑泵、液壓系統(tǒng)和啟動系統(tǒng)進(jìn)行控制。與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床具有以下特點(diǎn)：⑴對零件加工的適應(yīng)性強(qiáng)、靈活性好。⑵加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定。所以數(shù)控機(jī)床的加工精度高，一致性好，加工質(zhì)量穩(wěn)定。在數(shù)控機(jī)床上可以采用較大的切削用量，有效的節(jié)省了加工時間。自動轉(zhuǎn)速和其他輔助操作自動化等功能，而且無需工序間的檢驗(yàn)與測量，故使輔助時間大為縮短。許多復(fù)雜曲線和曲面的加工，普通機(jī)床無法實(shí)現(xiàn)而數(shù)控機(jī)床則完全可以做到。數(shù)控機(jī)床的加工，除了裝卸零件、操作鍵盤、觀察機(jī)床運(yùn)行外，其他機(jī)床動作都是按照程序要求自動連結(jié)地盡享切削加工，操作者不需要進(jìn)行繁重的重復(fù)手工操作。⑹有利于生產(chǎn)管理。 數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)數(shù)控機(jī)床主要由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機(jī)床本體四個部分組成，如圖12所示。 控制介質(zhì)以指令的形式記載各種加工信息，如零件加工的工藝過程、工藝參數(shù)和刀具運(yùn)動等，將這些信息輸入到數(shù)控裝置，控制數(shù)控機(jī)床對零件切削加工?！、茢?shù)控裝置　　⑶伺服系統(tǒng)數(shù)控裝置發(fā)出的速度和位移指令控制執(zhí)行部件按進(jìn)給速度和進(jìn)給方向位移?！　、葯C(jī)床本體2 PLC的概述可編程控制器（以下簡稱PLC）從其生產(chǎn)到現(xiàn)在，實(shí)現(xiàn)了接線邏輯到存儲邏輯的飛躍，其功能從弱到強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了邏輯控制到數(shù)字控制的進(jìn)步；其應(yīng)用領(lǐng)域從小到大，實(shí)現(xiàn)了單體設(shè)備簡單控制到勝任運(yùn)動控制、過程控制及集散控制等各種任務(wù)的跨越。 PLC是基于電子計(jì)算機(jī)，且適用于工業(yè)現(xiàn)場工作的點(diǎn)控制器。PLC基于電子計(jì)算機(jī)，但并不等同于普通計(jì)算機(jī)。而PLC則還要考慮信息入出的可靠性、實(shí)時性，以及信息的使用等問題。 PLC的基本特點(diǎn)高可靠性（1）所有的I/O接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與PLC內(nèi)部電路之間電氣上隔離。（3）各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。（5）對采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的刷選。（7）大型PLC還可以采用由雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU構(gòu)成表決系統(tǒng)，使可靠性進(jìn)一步提高。有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備，如：按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)、傳感器及變送器、電磁線圈、控制閥等直接連接。 采用模塊化結(jié)構(gòu)為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需求，除了單元式的小型PLC以外，絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)。 編程簡單易學(xué) PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式。安裝簡單，維修方便 PLC不需要專門的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。本設(shè)計(jì)中PLC實(shí)現(xiàn)的功能：開關(guān)量的邏輯控制。運(yùn)動控制。現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集處理。數(shù)據(jù)通常應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床的機(jī)械手的控制系統(tǒng)中。位置控制是指PLC使用的位置控制模塊來控制步進(jìn)電動機(jī)和伺服電動機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)對各種機(jī)械構(gòu)件的運(yùn)動控制，如控制構(gòu)件的速度、位移、運(yùn)動方向等。 PLC的工作原理由于PLC以微處理器為核心，故具有微機(jī)的許多特點(diǎn)，但它的工作方式卻與微機(jī)有很大不同。PLC則是采用循環(huán)掃描的工作方式。掃描周期的長短主要取決于以下幾個因素：一是CPU執(zhí)行指令的速度；二是執(zhí)行每條指令占用的時間；三是程序中指令條數(shù)的多少。 1．輸入刷新階段 在輸入刷新階段，CPU掃描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫入輸入狀態(tài)寄存器。在程序執(zhí)行期間即使輸入端狀態(tài)發(fā)生變化，輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會改變，而這些變化必須等到下一工作周期的輸入刷新階段才能被讀入。當(dāng)最后一條控制程序執(zhí)行完畢后，即轉(zhuǎn)入輸入刷新階段。 由此可見，輸入刷新、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段構(gòu)成PLC一個工作周期，由此循環(huán)往復(fù)，因此稱為循環(huán)掃描工作方式。實(shí)際上，除了執(zhí)行程序和I/O刷新外，PLC還要進(jìn)行各種錯誤檢測（自診斷功能）并與編程工具通訊，這些操作統(tǒng)稱為監(jiān)視服務(wù)，一般在程序執(zhí)行之后進(jìn)行。掃描周期越長，響應(yīng)速度越慢。但是由于其對I/O的變化每個周期只輸出刷新一次，并且只對有變化的進(jìn)行刷新，這對一般的開關(guān)量控制系統(tǒng)來說是完全允許的，不但不會造成影響，還會提高抗干擾能力。但是在快速響應(yīng)系統(tǒng)中就會造成響應(yīng)滯后現(xiàn)象，這個一般PLC都會采取高速模塊。但是在實(shí)際工程中往往選擇一種經(jīng)濟(jì)、有效、性能優(yōu)越的控制方案，考慮到上述幾點(diǎn)，PLC較適合組合機(jī)床的電氣控制。由于它的結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、價格低廉，所以使用廣泛。PLC等取代繼電接觸式控制邏輯。當(dāng)一個電氣控制系統(tǒng)研制完后，要想再做修改都要隨著現(xiàn)場接線的改動而改動。所以，繼電接觸式控制系統(tǒng)的靈活性和擴(kuò)展性較差。它除了輸入端和輸出端要與現(xiàn)場連線以外，而控制邏輯是以程序的方式存儲在PLC的內(nèi)存當(dāng)中。若需要對控制邏輯進(jìn)行修改時，只要修改程序就行了，而輸入輸出的連接線改動不多，并且也容易改動，因此，PLC的靈活性和擴(kuò)展性強(qiáng)。(2) 控制速度：繼電器接觸式控制系統(tǒng)的控制邏輯是依靠觸電的動作來實(shí)現(xiàn)的，工作頻率低。而且使用的繼電器越多，反映的速度越慢，還是容易出現(xiàn)觸點(diǎn)抖動和觸點(diǎn)拉弧問題。通常，一條用戶指令的執(zhí)行時間在微秒數(shù)量級。(3) 定時控制和計(jì)數(shù)控制：繼電接觸式控制系統(tǒng)利用時間繼電器的延時動作來進(jìn)行定時控制。有些特殊的時間繼電器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)不方便。用戶可以根據(jù)需要在程序中設(shè)定定時值。并且PLC可以完成計(jì)數(shù)功能，而繼電接觸系統(tǒng)通常沒有計(jì)數(shù)功能。使用繼電接觸式控制系統(tǒng)完成一項(xiàng)控制工程，設(shè)計(jì)施工，調(diào)試必須順序進(jìn)行，周期長，而且修改困難而使用PLC來完成一項(xiàng)控制工程。(5) 可靠性和維護(hù)性。觸點(diǎn)在開閉時會受到電弧的損壞，壽命短。PLC采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動作由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成，可靠性高。總之，PLC在性能上均優(yōu)越于繼電接觸式控制系統(tǒng)，特別是控制速度快，可靠性高，設(shè)計(jì)施工周期短，調(diào)試方便，控制邏輯修改方便，而且體積小，功耗低。但是，單片機(jī)不是專門針對工業(yè)現(xiàn)場的自動化控制而設(shè)計(jì)的，所以它與PLC比較起來有以下缺點(diǎn)：(1) 單片機(jī)不如PLC容易掌握使用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)自動控制，一般要使用微處理器的匯編語言編程。對于那些只熟悉機(jī)電控制的技術(shù)人員來說，需要進(jìn)行相當(dāng)長一段時間系統(tǒng)地學(xué)習(xí)單片機(jī)的知識才能掌握。(2) 單片機(jī)不如PLC使用簡單使用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)自動控制，一般要在輸入輸出接口上做大量的工作。除了要進(jìn)行控制程序的設(shè)計(jì)，還要在單片機(jī)的外圍進(jìn)行很多硬件和軟件工作，才能與控制現(xiàn)場連接起來，調(diào)試也較繁瑣。輸出接口具有一定的驅(qū)動負(fù)載能力，能適應(yīng)一般的控制要求。(3) 單片機(jī)不如PLC可靠使用單片機(jī)進(jìn)行工業(yè)控制，突出的問題就是抗干擾性能較差。3 Z3040搖臂鉆床的基本概述鉆床是孔加工機(jī)床，用來進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、攻絲及修刮端面等多種形式的加工。搖臂鉆床主要由底座、內(nèi)立柱、外立柱、搖臂、主軸箱及工作臺等部分組成。搖臂的一端為套筒，套裝在外立柱上，并借助絲杠的正反轉(zhuǎn)沿外立柱做上下移動。主軸箱安裝在搖臂的水平導(dǎo)軌上，可以通過手輪操作使其在水平導(dǎo)軌上沿?fù)u臂移動。鉆削加工時，鉆頭一面旋轉(zhuǎn)進(jìn)行切削，一面進(jìn)行縱向進(jìn)給。Z3040型搖臂鉆床適合于在大、中型零件上進(jìn)行孔加工，其運(yùn)動形式有主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動、進(jìn)給運(yùn)動、搖臂的升降運(yùn)動、立柱的夾緊和放松、搖臂的回轉(zhuǎn)和主軸箱的左右移動。此外，還有一臺冷卻泵電動機(jī)對刀具和工件進(jìn)行冷卻。此外，為保證安全生產(chǎn)，其主軸旋轉(zhuǎn)和搖臂升降不允許同時進(jìn)行。Z3040搖臂鉆床具有兩套液壓控制系統(tǒng)：一套是由主軸電動機(jī)拖動齒輪泵送出壓力油，通過操縱機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)主軸正反轉(zhuǎn)、停車控制、空擋、預(yù)選與變速；另一套是由液壓電動機(jī)拖動液壓泵送出壓力油來實(shí)現(xiàn)搖臂的夾緊和松開、主軸箱的夾緊與松開、立柱的夾緊與松開。 操縱機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)該系統(tǒng)壓力油由主軸電動機(jī)拖動齒輪泵送出，由主軸操作手柄來改變兩個操縱閥的相互位置，獲得不同的動作。而主軸轉(zhuǎn)速及主軸進(jìn)給量各有一個旋鈕預(yù)選，然后在操作主軸手柄。然后操縱主軸手柄，板至所需轉(zhuǎn)向位置（里或外），于是兩個操縱閥相互位置轉(zhuǎn)變，使一股壓力油將制動摩擦離合器松開，為主軸旋轉(zhuǎn)創(chuàng)造條件；另一股壓力油壓緊正轉(zhuǎn)（反轉(zhuǎn)）摩擦離合器，接通主軸電動機(jī)的主軸的傳送鏈，驅(qū)動主軸正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。主軸停車時，將操作手柄扳回中間位置，這時主軸電動機(jī)仍拖動齒輪泵旋轉(zhuǎn)。所以主軸停車時主軸發(fā)動機(jī)仍在旋轉(zhuǎn)，只是不能將動力傳到主軸。與此同時，另一油路系統(tǒng)推動拔叉緩慢運(yùn)動