【正文】 序按兩類控制信息分別輸出：一類是連續(xù)控制量，送往驅(qū)動(dòng)控制裝置；另一類是離散的開(kāi)關(guān)控制量，送往機(jī)床電器邏輯控制裝置。進(jìn)給軸伺服驅(qū)動(dòng)裝置由位置控制單元、速度控制單元、電動(dòng)機(jī)和測(cè)量反饋單元等部分組成，它按照 數(shù)控裝置發(fā)出的位置命令和速度控制命令正確驅(qū)動(dòng)機(jī)床受控部件的移動(dòng)。 機(jī)床電器控制裝置 機(jī)床電器控制裝置位于數(shù)控裝置和機(jī)床之間，接受數(shù)控裝置發(fā)出的開(kāi)關(guān)命令，主要完成機(jī)床主軸選速、起停和方向控制信號(hào)，換刀功能，工件裝夾功能冷卻、液壓、氣動(dòng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)控制功能以及機(jī)床其他輔助功能。 根據(jù)不同的加工方式，機(jī)床本體可以是車床、銑床、鉆床、磨床、鏜床、加工中心及電加工機(jī)床等。 數(shù)控機(jī)床還配有各種輔助裝置，其作用是配合機(jī)床完成對(duì)工件的加工。除上述通用輔助設(shè)備外，從目前數(shù)控機(jī)床技術(shù)現(xiàn)狀看，至少還有五類輔助裝置是數(shù)控機(jī)床應(yīng)該配備的：對(duì)刀儀、自動(dòng)編程機(jī)、自動(dòng)排屑機(jī)、物料儲(chǔ)運(yùn)及上下料裝置和交流穩(wěn)壓電源。 PLC 可位于數(shù)控裝置之外，稱為獨(dú)立型 PLC；也可以與數(shù)控裝置合為一體，稱為內(nèi)裝型 PLC。在這 50年里，它沒(méi)有被社會(huì)發(fā)展所 淘汰，證明 它有許多優(yōu)點(diǎn)，而且它的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)可取代的。 四、 數(shù)控技術(shù)發(fā)展回顧及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì) 數(shù)控（ NC）階段（ 19521970 年） 早期的計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度低，這對(duì)當(dāng)時(shí)的科學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理影響不大，但不能適應(yīng)機(jī)床實(shí)時(shí)控制的要求。這種數(shù)控裝置稱為硬件連接數(shù)控裝置 (HARDWIRED NC)，簡(jiǎn)稱為數(shù)控 (NC)。 計(jì)算機(jī)數(shù)控（ CNC）階段（ 1970 年 至今） 1970 年研制成功了大規(guī)模集成電路，并將其用于通用小型計(jì)算機(jī)。于是，小型計(jì)算機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，數(shù)控機(jī)床進(jìn)入了計(jì)算機(jī)數(shù)控（ CNC）階段。 1974 年，微處理器應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)。由于微處理器是 計(jì)算機(jī)的核心部件，故此時(shí)的數(shù)控系統(tǒng)仍然成為計(jì)算機(jī)數(shù)控。 未來(lái)的發(fā)展 當(dāng)今的計(jì)算機(jī)業(yè)的高速發(fā)展，并且計(jì)算機(jī)業(yè)已經(jīng)基本成熟，所以數(shù)控系統(tǒng)還是以 PC 為基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)以 PC 為基礎(chǔ)的控制器，這種控制器可以將數(shù)控系統(tǒng)與 PC 直接連接，這樣可以直接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，大大提高了控制 器的能力，還將降低控制器的成本。同時(shí)數(shù)控機(jī)床還向小型化發(fā)展。即 1970 年的第四代 — 小型計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)； 1974 年的第五代 — 微處理器組成的數(shù)控系統(tǒng)； 1990 年的第六代 — 基于 PC 的數(shù)控系統(tǒng) 。因此，即使在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，數(shù)控機(jī)床大規(guī)模地得到應(yīng)用和普及也是在 20 世紀(jì)的70 年代末、 80 年代初的事情，也就是說(shuō)，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展和普及經(jīng)過(guò)了近 30 年。不同型號(hào)的 PLC，其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價(jià)格等也各有不同，適用的場(chǎng)合也各有側(cè)重。PLC 的選擇主要應(yīng)從 PLC 的機(jī)型、容量、 I/O 模塊、電源模塊、特殊功能模塊、通信聯(lián)網(wǎng)能力等方面 加以綜合考慮。實(shí)際訂貨時(shí)，還需根據(jù)制造廠商 PLC 的產(chǎn)品特點(diǎn)，對(duì)輸入輸出點(diǎn)數(shù)進(jìn)行調(diào)整。為了設(shè)計(jì)選型時(shí)能對(duì)程序容量有一定估算，通常采用存儲(chǔ)器容量的估算來(lái)替代。 三、 控制功能的選擇 該選擇包括運(yùn)算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合，只需要邏輯運(yùn)算和計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)功能， 有些應(yīng)用需要數(shù)據(jù)傳送和比較，當(dāng)用于模擬量檢測(cè)和控制時(shí)，才使用代數(shù)運(yùn)算，數(shù)值轉(zhuǎn)換和 PID 運(yùn)算等。 控制功能 控制功能包括 PID 控制運(yùn)算、前饋補(bǔ)償控制運(yùn)算、比值控制運(yùn)算等，應(yīng)根據(jù)控制要求確定。 通信功能 大中型 PLC 系統(tǒng)應(yīng)支持多種現(xiàn)場(chǎng)總線和標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)組成的實(shí)際需要，應(yīng)選擇具有不同通信功能的（如點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)總線、工業(yè)以太網(wǎng)）通信處理器。完成編程后，編程器切換到運(yùn)行模式， CPU 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制，不能進(jìn)行編程。在線編程方 式： CPU和編程器有各自的 CPU，主機(jī) CPU 負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)控制，并在一個(gè)掃描周期內(nèi)與編程器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī)，下一掃描周期，主機(jī)就根據(jù)新收到的程序運(yùn)行。 診斷功能 PLC 的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。通過(guò)軟件對(duì) PLC 內(nèi)部的性能和功能進(jìn)行診斷是內(nèi)診斷，通過(guò)軟件對(duì) PLC 的 CPU 與外部輸入輸出等部重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 件信息交換功能進(jìn)行診斷是外診斷。從實(shí)時(shí)性要求來(lái)看，處理速度應(yīng)越快越好，如果信號(hào)持續(xù)時(shí)間小于掃描時(shí)間，則 PLC 將掃描不到該信號(hào)，造成信號(hào)數(shù)據(jù)的丟失。 四、 機(jī)型的選擇 PLC 的類型 PLC 按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場(chǎng)安裝和控制室安裝兩類；按 CPU字長(zhǎng)分為 1 位、 4 位、 8 位、 16 位、 32位、 64位等。 整體型 PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng) ；模塊型 PLC 提供多種 I/O 卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的 I/O 點(diǎn)數(shù)，功能擴(kuò)展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。例如對(duì)輸入模塊，應(yīng)考慮信號(hào)電平、信號(hào)傳輸距離、信號(hào)隔離、信號(hào)供電方式等應(yīng)用要求。 電源的選擇 一 般 PLC的供電電源應(yīng)設(shè)計(jì)選用 220VAC 電源，與國(guó)內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。如果 PLC 本身帶有可使用電源時(shí)，應(yīng)核對(duì)提供的電流是否滿足應(yīng)用要求，否則應(yīng)設(shè)計(jì)外接供電電源。 存儲(chǔ)器的選擇 為保證應(yīng)用項(xiàng)目的正常投運(yùn)，一般要求 PLC的存儲(chǔ)器容量，按 256個(gè) I/O點(diǎn)至少選 8K 存儲(chǔ)器選擇。 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 五、 冗余功能的選擇 控制單元的冗余 重要的過(guò)程單元： CPU(包括存儲(chǔ)器 )及電源均應(yīng) 1 比 1 冗余；在需要時(shí)也可選用 PLC 硬件與熱備軟件構(gòu)成的熱備冗余系統(tǒng)、 2 重化或 3 重化冗余容錯(cuò)系統(tǒng)等。 六、 經(jīng)濟(jì)性的考慮 選擇 PLC 時(shí)，應(yīng)考慮性能價(jià)格比。輸入輸出點(diǎn)數(shù)對(duì)價(jià)格有直接影響。當(dāng)點(diǎn)數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲(chǔ)器容量、機(jī)架、母板等也要相應(yīng)增加，因此，點(diǎn)數(shù)的增加對(duì) CPU 選用、存儲(chǔ)器容量、控制功能范圍等選擇都有影響。 第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)介紹 一、 三菱數(shù)控產(chǎn)品簡(jiǎn)介 三菱公司是國(guó)際上有影響力的著名企業(yè)，其生產(chǎn)的產(chǎn)品以性能好、質(zhì)量穩(wěn)定可靠獲得廣大用戶的一致好評(píng)，近幾年來(lái)，三菱電機(jī)公司加大了在中國(guó)大陸推廣 CNC 數(shù)控系統(tǒng)的力度。目前在中國(guó)市場(chǎng)推廣使用的有普及型的 E60系列，高性能的 M60S系列數(shù)控系統(tǒng)，以及用于汽車生產(chǎn)線的高檔 C64 CNC 數(shù)控系統(tǒng)，今年又推出了 E6 M700 等系列 CNC 數(shù)控系統(tǒng)。 三菱 M64S 數(shù)控系統(tǒng)規(guī)格 三菱 M64S 數(shù)控系統(tǒng)主要規(guī)格參數(shù)見(jiàn)下表 ： 表 三菱 M64S 數(shù)控系統(tǒng)主要規(guī)格 車削系統(tǒng) 鉆削系統(tǒng)、銑削系統(tǒng) 型號(hào) M64SL M64SM 最大控制軸數(shù) 14 7 最大 NC 軸數(shù) 12 6 最大主軸數(shù) 4 最大 PLC 軸數(shù) 2 同時(shí)聯(lián)動(dòng)軸數(shù) 4 輔助軸數(shù) 4 PLC 開(kāi)發(fā)工具 GX Developer 程序存儲(chǔ)容量（標(biāo)準(zhǔn) /最大） 40/5120 顯示單元 單色 CRT （ 9 寸） 單色 LCD（ 寸 寸） 彩色 LCD（ 寸） MELSEC 網(wǎng)絡(luò) CCLINK 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 M64S 數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 三菱 M64S 數(shù)控系統(tǒng)具有一般通用數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) ,分別由控制單元 /顯示單元、基本 I/O 單元、伺服驅(qū)動(dòng)單元、伺服電機(jī)、遠(yuǎn)程 I/O 單元、 RS232 等設(shè)備組成，如圖所示： 圖 (a) 三菱 M64S 數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 三菱 M64S 數(shù)控?cái)?shù)控系統(tǒng)的功能強(qiáng)大 ， 故當(dāng)其用于加工中心時(shí)的各功能組件也很多，有些組 件在本次設(shè)計(jì)中并未遇到，所以在此次設(shè)計(jì)中可將系統(tǒng)結(jié)構(gòu)稍作簡(jiǎn)化，如圖 （ b）所示，每一個(gè)單元的安裝與連接在下面章節(jié)均有介紹。 （ 2）高速高精度即能對(duì)應(yīng)，尤為適合模具加工。 （ 4）標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)藏對(duì)應(yīng)全世界主要通用的 12 種多國(guó)語(yǔ) 言操作界面。 （ 6）坐標(biāo)顯示轉(zhuǎn)換可自由切換（程序值顯示或手動(dòng)插入量顯示切換） （ 7）標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)藏波形顯示功能，工件位置坐標(biāo)及中心點(diǎn)測(cè)量功能。 （ 9）圖形顯示機(jī)能改進(jìn)；可含有刀具路徑資料，以充分顯示工件坐標(biāo)及刀具補(bǔ)償?shù)膶?shí)際位置。 （ 11）可對(duì)應(yīng) Windows 操作環(huán)境的 PLC 開(kāi)發(fā)軟件 GX Developer。 （ 13）新機(jī)能擴(kuò)展追加，根據(jù)市場(chǎng)，滿足客戶請(qǐng)求，詳細(xì)給營(yíng)業(yè)單位。 對(duì) CNC系統(tǒng)有了一定的了解后，我們就可以設(shè)計(jì)其電氣原理圖和主電路圖。這些電機(jī)的功率大小和速度都是根據(jù)數(shù)控加工中心的機(jī)械結(jié)構(gòu)來(lái)選擇的。 數(shù)控加工中心的核心部分是控制單元，本畢業(yè)設(shè)計(jì)中選用三菱 M64S 數(shù)控系統(tǒng)，它包括控制單元 FCA65S、監(jiān)控單元 FCU6DUN33+KB20/KB基本 I/O 單元 FCU6DX45手輪 HD60。 加工中心的電氣控制設(shè)計(jì)如圖 所示，共有以下幾個(gè)部分組成，包括CNC 電路，電器主電路， PLC 和 I\O 接口電路等，三菱 M64S 控制單元，它是整個(gè) 數(shù)控系統(tǒng)的核心，是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作和運(yùn)算，并輸出相關(guān)命令等?；?I\O 單元主要是 NC 系統(tǒng)與操作面板機(jī)床纖維開(kāi)關(guān)，指示燈等之間信號(hào)的傳輸。 加工中心電氣總框圖如下： 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 圖 加 工中心電氣圖 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 第二節(jié) 數(shù)控加工中心主回路 /電氣控制回路 一、 主回路 /電氣控制回路簡(jiǎn)述 作為通用數(shù)控加工中心，在主回路部分我設(shè)計(jì)了冷卻電機(jī)和排屑電機(jī)，分別由相應(yīng)的接觸器控制其運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)電機(jī)要接地。該部分我設(shè)計(jì)了伺服電源控制電路、 24V 電源控制電路、冷卻控制電路、排屑控制電路、刀庫(kù)、刀臂電路及照明電路。照明24V 電源通過(guò)變壓器提供。如圖 所示： 圖 主電路 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 電氣控制單元回路及電路總圖 如圖 所示，是電氣控制電路，也就是說(shuō)在 加工中心要完成的各項(xiàng) 動(dòng)作都是PLC 的輸出與這個(gè)電路相聯(lián)系才能實(shí)現(xiàn)的，圖中的 PLC 輸出地址單元為 Y2 Y1YA、 YB、 Y2D、 YF、 Y2A、 Y2C、 Y27 等，這些是在 PLC 程序中規(guī)定的相應(yīng)的地址，通過(guò)控制面板上的輸入觸點(diǎn)的信號(hào)輸入來(lái)控制對(duì)應(yīng)的輸出。 在數(shù)控加工中心中， 三個(gè)進(jìn)給軸由于機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制，一定要有相應(yīng)的限位開(kāi)關(guān)，每個(gè)軸在正負(fù)方向上都是需要的，所以在這里我有限位開(kāi)關(guān) SQX SQXSQY SQY SQZ SQZ2 來(lái)表示，當(dāng)加工中心運(yùn)行范圍超過(guò)這幾個(gè)限位開(kāi)關(guān)時(shí)，其常閉開(kāi)關(guān)打開(kāi)，繼電器 KA9 線圈停止通電，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，相應(yīng)的伺服強(qiáng)電部分停止運(yùn)作，在將加工中心做相應(yīng)的調(diào)整之后要解除超程，按鈕 SB2 可完成這一功能。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，電氣原理圖的設(shè)計(jì)是很重要的一部分，此部分主要是我的搭檔負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)的 ，此外 PLC 控制程序也是立式加工中心必不可少的一部分，我主要負(fù)責(zé)對(duì)這部分的設(shè)計(jì)。從信號(hào)流程圖可以看出，一臺(tái)數(shù)控加工中心內(nèi)部信號(hào)的交換大體可以劃分三部分，即控制器、機(jī)器 /機(jī)器操作面板、可編程邏輯控制器 (PLC)。 二、 信號(hào)流程圖 信號(hào)流程圖是根據(jù)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)信息交換繪制而成， 它 讓我們 可以 更直觀的了解數(shù)控機(jī)床內(nèi)部信息 的 流向，如圖 所示： 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 Y Y 圖 信號(hào)流程圖 X X X 梯形圖 在控制器中輸入的信號(hào) ………… .. 輸出 控制器 控制器內(nèi)信號(hào) PLC 控制器和機(jī)器的輸入 /輸出信號(hào)（ X,Y） 主程序 高速程序 機(jī)器 /機(jī)器操作面板 ………………… 機(jī)器的輸入 /輸出信號(hào)（ X,Y） 內(nèi)部繼電器、鎖存寄存器等（ M、 F、L。三菱 M64S 數(shù)控系統(tǒng)提供給工程技術(shù)人員開(kāi)發(fā)的最大數(shù)字輸入信號(hào) 256 個(gè)，最大數(shù)字輸出信號(hào) 240 個(gè)，包括基本 I/O 單元和遠(yuǎn)程 I/O 單元。這些開(kāi)關(guān)可以作為機(jī)床操作開(kāi)關(guān)的一部分，其用途可以由 PLC 程序自由定義，每個(gè)開(kāi)關(guān)的名稱可以隨 PLC 確定并顯示在屏幕畫(huà)面上。通過(guò)查閱 三菱數(shù)控系統(tǒng) PLC 手冊(cè) 即 可。 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 表 HR337 INPUT DI1 （操作面板信號(hào)） 元件 信號(hào)簡(jiǎn)稱 信號(hào)名稱 元件 信號(hào)簡(jiǎn)稱 信號(hào)名稱 X0 MODE SELECT(A) B20 X10 F5 F5 功能 A20 X1 MODE SELECT(F) B19 X11 +X X 軸正方