【正文】 裝置 檢測(cè)裝置用來(lái)檢測(cè)數(shù)控設(shè)備工作機(jī)構(gòu)的位置或者驅(qū)動(dòng)電機(jī)的順序動(dòng)作和用作閉環(huán)、半閉環(huán)系統(tǒng)位置反饋。它執(zhí)行數(shù)控設(shè)備上的各種裝置（如輔助電動(dòng)機(jī)、電磁鐵、離合器、電磁閥等）的開(kāi)、停、連鎖、互鎖；數(shù)控設(shè)備的急停、循環(huán)起動(dòng)、進(jìn)給保持、行程超限、報(bào)警、程序停止、復(fù)位、冷卻泵起停，強(qiáng)電與弱電的相互轉(zhuǎn)換。因此，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展史，同計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史息息相關(guān)，也同數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷史息息相關(guān)。 第二階段， 1970 年到 1974 年，由于計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，性?xún)r(jià)比不斷提高，小型計(jì)算機(jī)代替了數(shù)控系統(tǒng)中硬件構(gòu)成的專(zhuān)用計(jì)算裝置，這即是第四代數(shù)控系統(tǒng)，即計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（ CNC）。 微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展，使得數(shù)控技術(shù)在整個(gè) 20 世紀(jì) 80 年代得到大規(guī)模的發(fā)展和應(yīng)用，但是這種數(shù)控系統(tǒng)一直由系統(tǒng)制造廠(chǎng)家進(jìn)行封閉壟斷性生產(chǎn)，使得這類(lèi)數(shù)控產(chǎn)品專(zhuān)用性強(qiáng)，與標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)不兼容，通用性、軟件移植性和組網(wǎng)通訊能力較差 。為了擺脫數(shù)控系統(tǒng)的這種局面，現(xiàn)正在向開(kāi)放性數(shù)控系統(tǒng)方向發(fā)展 ，目前朝該方向發(fā)展具體表現(xiàn)是基于 PC 的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)，即第六代 數(shù)控系統(tǒng)?；?DSP 的運(yùn)動(dòng)控制器為核心，融合 PLC 的功能，與標(biāo)準(zhǔn) PC 機(jī)集成的新一代開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)有可能成為第六代數(shù)控系統(tǒng)的主導(dǎo)產(chǎn)品。要求數(shù)控技術(shù)滿(mǎn)足這些要求，數(shù)控技術(shù)正向以下方向發(fā)展。 向多軸聯(lián)動(dòng)和功能復(fù)合方向發(fā)展 在零件加工過(guò)程中 ， 大量的時(shí)間消 耗在工件搬運(yùn)、上下料、安裝調(diào)整、換刀和主軸的升降速上 ， 為盡可能的降低這些無(wú)用時(shí)間 ， 人們將不同的加工功能整合在同 1 臺(tái)機(jī)床上 ， 這樣 ,數(shù)控系統(tǒng)就向功能復(fù)合方向發(fā)展 。 同時(shí) ， 數(shù)控系統(tǒng)向多軸聯(lián)動(dòng)方向發(fā)展。目前 ， 國(guó)外已經(jīng)在研究 6 軸以上聯(lián)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床 ， 我國(guó)也已有多家企業(yè)能夠生產(chǎn) 5 軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床 。主要體現(xiàn)在以下 幾個(gè)方面 :①在數(shù)控系統(tǒng)中引入自適應(yīng)控制 (Adap tive Control)技術(shù) ， 多種參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量 ，使得在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下 ， 加工成本最低或生產(chǎn)率最高 ， ②附加人機(jī)對(duì)話(huà)和自動(dòng)編程功能 ， ③增設(shè)設(shè)備故障自診斷功能 ， ④引進(jìn)模式識(shí)別技術(shù) ， 應(yīng)用圖像識(shí)別和聲控技術(shù) ， 使機(jī)器自己識(shí)別圖樣 ， 按照自然語(yǔ)音命令加工。國(guó)外 ， 數(shù)控系統(tǒng)的 MTBF 已在 30000h 以上 ， 最高已達(dá)到 80000h， 國(guó)內(nèi) ， 數(shù)控系統(tǒng)的 MTBF 大都在 10000h 以上 。 數(shù)控系統(tǒng)小型化 ， 將極大的縮小系統(tǒng)的占用空間 ， 這樣 ， 就能方便的將機(jī)電裝置揉合為一體 。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡(luò)化將極大地滿(mǎn)足生產(chǎn)線(xiàn)、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對(duì)信息集成的需求 ,也是實(shí)現(xiàn)新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎(chǔ)單元。 數(shù)控系統(tǒng)開(kāi)放化 傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)是一種專(zhuān)用封閉式系統(tǒng) ， 各廠(chǎng)家的產(chǎn)品之間及與通用計(jì)算機(jī)之間不兼容 ， 不同廠(chǎng)家的數(shù)控系統(tǒng)不兼容 ， 維修升級(jí)困難 ， 與計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展相比 ， 數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展嚴(yán)重滯后 ， 越來(lái)越難以滿(mǎn)足市場(chǎng)對(duì)數(shù)控技術(shù)的要求。目前 ， 國(guó)內(nèi)外開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的研究計(jì)劃有 ： ①美國(guó)的 NEG(Next Generation /Machine Controller)計(jì)劃 ； ②歐盟的 OSACA(Open System Architecture for Controlwithin Automation System)j 計(jì)劃 ； ③日本的 OSEC (Open System Environment for Controller)計(jì)劃 ； ④中國(guó)的 ONC (Open Numerical Control System)等。目前開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運(yùn)行平臺(tái)、數(shù)控系統(tǒng)功能庫(kù)及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開(kāi)發(fā)工具等是研究的核心。到 1978 年末 ,我國(guó)共生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床 4108 臺(tái) ,其中線(xiàn)切割機(jī)占 86%， 到了 20 世紀(jì) 90 年代末 ， 我國(guó)數(shù)控機(jī)床的可供品種已超過(guò) 300 種 ，其中數(shù)控車(chē)床占 40%， 加工中心占 27%。 我國(guó)數(shù)控技術(shù)的現(xiàn)狀 20 世紀(jì) 80 年代以來(lái) ， 國(guó)家對(duì)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展十分重視 ， 我國(guó)的數(shù)控技術(shù)取得了巨大的進(jìn)步 。掌握了數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)、數(shù)控主機(jī)、專(zhuān)機(jī)及配套件的基礎(chǔ)技術(shù) ， 其中大部分技術(shù)已具備進(jìn)行商品化。③建立了一支從事數(shù)控研究、開(kāi)發(fā)、管理的人才隊(duì)伍。具體表現(xiàn)為 ： ①技術(shù)開(kāi)發(fā)能力不足 ， 創(chuàng)新能力不強(qiáng) ， 技術(shù)水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比 ， 仍有相當(dāng)大的差距。③綜合服務(wù)能力不強(qiáng) ， 服務(wù)體系不健全。⑤在認(rèn)識(shí)水平上 ， 不能將數(shù)控技術(shù)的發(fā) 大學(xué)本科畢業(yè)論文 5 展理解為一個(gè)系統(tǒng)工程 ， 導(dǎo)致數(shù)控技術(shù)的內(nèi)部發(fā)展不均衡 ， 在一些技術(shù)方面已達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平 ， 而其它一些技術(shù)方面的研究則非常緩慢。然而，在實(shí)際鋸材生產(chǎn)中，由于研磨技術(shù)水平低和使用不當(dāng)，往往使鋸片達(dá)不到工藝質(zhì)量要求，使用壽命達(dá)不到設(shè)計(jì)的一半。通常鋸片的研磨工作是由維修工完成的，由于這項(xiàng)工作技術(shù)性很強(qiáng)，又屬于輔助工序，而且操作時(shí)間不固定，因此研磨工作往往是鋸材加工生產(chǎn)管理中比較薄弱的環(huán)節(jié)。同時(shí)，為了降低加工成本，提高效率，更考慮到數(shù)控技術(shù)發(fā)展的大趨勢(shì)，鋸齒研磨機(jī) 產(chǎn)生了 。 鋸齒研磨機(jī)的產(chǎn)生極大的提高了效率，但是，在我國(guó)，由 于 人力資源豐富，最主要是磨齒機(jī)價(jià)格比較高，初期投資比較大，鋸齒 的 研磨要幾臺(tái)機(jī)器來(lái)完成，集成度不夠高，這 些因素 直接影響到 了 磨齒機(jī)的推廣與應(yīng)用。 另 外一方面，目前所用的鋸齒 研磨 機(jī)主要來(lái)自進(jìn)口，我國(guó)在該方向上的研究比較少，技術(shù)不夠成熟，雖然也有廠(chǎng)家生產(chǎn)出了技術(shù)含量很高的機(jī)器，但是受長(zhǎng)期進(jìn)口的影響，采用國(guó)產(chǎn)研磨機(jī)的還是比較少。第一，降 低成本 ，當(dāng)然這不能通過(guò)降低質(zhì)量來(lái)實(shí)現(xiàn)，國(guó)產(chǎn)機(jī)器本來(lái)在質(zhì)量上就不比別人強(qiáng)，如果質(zhì)量上有問(wèn)題，那就徹底沒(méi) 有了 市場(chǎng)。第三，提高集成度，目前多采用多臺(tái)機(jī)器研磨鋸齒 ，我們可以想辦法用一臺(tái)機(jī)器來(lái)代替，從而大大降低成本，提高簡(jiǎn)潔性 和 實(shí)用性。本文針對(duì)其中的一種 —— 鋸片側(cè)角研磨機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行研究。 ⑵ 深入研究鋸齒研磨的工藝流程， 分解其 動(dòng)作步驟，作為鋸片研磨機(jī)自動(dòng)執(zhí)行的依據(jù)。 ⑷ 完成 PLC 主要程序的設(shè)計(jì) 。 ⑹ 硬件設(shè)備 的 連 接 與調(diào)試。 ⑻ 研究總結(jié)，不足分析 與 展望 大學(xué)本科畢業(yè)論文 7 2 硬質(zhì)合金鋸片刃磨技術(shù)和刃磨工藝流程分析 硬質(zhì)合金鋸片刃磨技術(shù) 隨著我國(guó)木材加木工業(yè)的不斷發(fā)展，各木材制造生產(chǎn)廠(chǎng)商不 斷涌現(xiàn)，對(duì)硬質(zhì)合金鋸片的需求量不斷增加，因而硬質(zhì)合金鋸片的市場(chǎng)潛力很大，許多鋸片專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)廠(chǎng)商都在不斷更新設(shè)備，以提高生產(chǎn)效率和增加經(jīng)濟(jì)效益。這不僅僅影響鋸材加工產(chǎn)品質(zhì)量，而且增加了費(fèi)用支出。 應(yīng)從鋸片的選擇到維護(hù) ， 全面掌握其使用技術(shù) ， 從而確保產(chǎn)品的加工質(zhì)量 。在手動(dòng)刃磨時(shí)，一定要有耐心 ， 推拉鋸片時(shí)要平穩(wěn)、柔和。但是我們通過(guò)鋸齒研磨機(jī)來(lái)完成這工作的話(huà)就比較方便了 ， 可以通過(guò)計(jì)算，多次調(diào)整之后，設(shè)定好磨削參數(shù)，讓機(jī)器自動(dòng)執(zhí)行程序，按要求完成任務(wù)，這樣不但可以減少經(jīng)過(guò)特定培訓(xùn)的研磨人員，減少投入，還可以減少次品的產(chǎn)生，同 時(shí)提高生產(chǎn)效率。 （ 2） 設(shè)定功能：主要用來(lái)設(shè)定總齒數(shù)、水口槽數(shù)、 AC 距離、 OA 速度進(jìn)、 BA速度磨進(jìn)、 AB 退速度、 AO 退速度、撥齒時(shí)間、磨削次數(shù)、 OA 距離、 AB 距離等參數(shù)。 根據(jù) 鋸片 側(cè)角 研磨 機(jī)的手動(dòng)、設(shè)定、自 動(dòng)功能可以把側(cè)角磨齒機(jī)的操作面板分為顯示界面、電源指示燈、手動(dòng) \設(shè)定按鈕、 自動(dòng)按鈕、 急停按鈕、 啟動(dòng)按鈕 ， 大學(xué)本科畢業(yè)論文 8 如圖 21 所示 。單齒磨削 流程： （ 1） 固定鋸片； （ 2） 系統(tǒng)復(fù)位，砂輪回原點(diǎn)； （ 3） 設(shè)定各種磨削參數(shù) ； （ 4）啟動(dòng)砂輪和水泵； （ 5） 上片；（ 6） 砂輪按設(shè)定好的 OA 速度磨進(jìn)至 C 點(diǎn) ； （ 7） 再按照已設(shè)定的 BA 速度磨削 鋸齒到 A 點(diǎn)；（ 8） 按照 AB 速度磨退至 B 點(diǎn)； （ 9）再按 BA 速度磨進(jìn)至 A 點(diǎn)； （ 10）重復(fù) 9 步直到達(dá)到要求；（ 11）磨退至 C 點(diǎn)。注意消音槽兩邊的齒要多磨一次，安裝鋸片時(shí)要注意水口槽； AC 距離：指砂輪磨退時(shí)后退的距離 (一般不退回原點(diǎn) )； OA 速度進(jìn)：指砂輪磨進(jìn)時(shí)的速度 (還沒(méi)有到合金的速 度 )； BA 速度磨進(jìn)：指砂輪磨合金時(shí)的進(jìn)的速度； AB 退速度：指砂輪磨合金時(shí)的退的速度； AO 退速度：指砂輪磨退時(shí)的速度 (退出合金后的速度 )； 撥齒時(shí)間：指撥動(dòng)鋸齒的時(shí)間（一般比實(shí)際時(shí)間長(zhǎng)一點(diǎn)）； 磨削次數(shù)：指磨一個(gè)鋸齒的次數(shù)； OA 距離：指原點(diǎn)到合金里面的距離； AB 距離：指要磨合金的距離。 其中： 撥齒 —— 為了完成鋸齒的自動(dòng)研磨，勢(shì)必在一個(gè)齒磨完之后自動(dòng)換齒去磨下一個(gè)齒，由此設(shè)計(jì)一個(gè)撥齒機(jī)構(gòu)，通過(guò)氣動(dòng)裝置 在每次磨完一個(gè)齒之后換齒。 砂輪開(kāi)（關(guān)） —— 在手動(dòng)狀態(tài)下砂輪的開(kāi)和關(guān)可控。 自動(dòng)功能 “ 自動(dòng)”按鈕是用來(lái)自動(dòng)完成一個(gè)圓鋸片的 所有 鋸齒的研磨過(guò)程。 大學(xué)本科畢業(yè)論文 11 3 鋸片側(cè)角研磨機(jī)硬件設(shè)計(jì) 硬件部分總體分析、設(shè)計(jì) 通過(guò)前文對(duì)鋸片側(cè)角研磨機(jī)的工藝流程分析知道，我們的主要控制點(diǎn)有：用于壓片、撥齒、上片的三個(gè)氣動(dòng)閥，控 制砂輪 啟停 的繼電器，控制的水泵 啟停的 繼電器，控制異步電機(jī) 啟停 的信號(hào)線(xiàn)等。 系統(tǒng)總體的框架如圖 31 所示： 人 機(jī) 界 面（ 提 供 L C D 顯 示 和 各 功 能 鍵 ）P L C( 提 供 輸 入 輸 出 所需 控 制 點(diǎn) )通信R S 2 3 2??輸 入節(jié) 點(diǎn)輸 出節(jié) 點(diǎn)??接 近 開(kāi) 關(guān) 、 按 鍵 等 各 繼 電 器 、 控 制 步 進(jìn) 電 機(jī) 等 圖 31 鋸片側(cè)角研磨機(jī)系統(tǒng)框圖 PLC 是整個(gè)控制系統(tǒng)的硬件核心，下面我們先對(duì) PLC 進(jìn)行介紹，然后是選型。 控制核心 PLC 選型 選擇 PLC 的理由 可編程 邏輯 控制器 (Programmable Logic Controller)，簡(jiǎn)稱(chēng) PLC，從誕生至今，僅有 30 年的歷史，但是得到了異常迅猛的發(fā)展， 已成為工業(yè)控制的首選產(chǎn)品，與機(jī)器人、 CAD/CAM 并稱(chēng)為工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的三大支柱。 因此， PLC 具有很高的可靠性 和強(qiáng)抗干擾性 ，其平均無(wú)故障時(shí)間達(dá)到以萬(wàn)小時(shí)計(jì)的程度。 (2)組合靈活 PLC 具有豐富的輸入輸出方式 輸入可以是無(wú)源的觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)或晶體管的集電極開(kāi)路輸出。此外還有模擬童輸入輸出，各種智能 I/O 模塊，過(guò)程控制模塊，通信模塊，用于數(shù)控的定位模塊等。 (3)編程方便 PLC 生產(chǎn)廠(chǎng)為其系列產(chǎn)品開(kāi)發(fā)了多種類(lèi)型的編程器，并向用戶(hù)提供多種編程語(yǔ)言，如梯形圖語(yǔ)言、指令表、流程圖語(yǔ)言或步進(jìn)順序控制語(yǔ)言 (SFC)。大型 PLC 還能使用計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言編程，如 BASIC 和 C 語(yǔ)言等。 (4)維護(hù)簡(jiǎn)單 大學(xué)本科畢業(yè)論文 13 由于 PLC 的高可靠性，延長(zhǎng)了控制系統(tǒng)的檢修周期，使維護(hù)工作量大大減少 ；PLC 的模塊化結(jié)構(gòu)和自診斷功能又使維修簡(jiǎn)便快捷，故障修復(fù)時(shí)間大大縮短。 總之，對(duì)于我們的鋸片側(cè)角研磨機(jī)控制系統(tǒng)而言，克服現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境，保 持高可靠性是首要解決的問(wèn)題， PLC 恰好滿(mǎn)足了條件，各種優(yōu)點(diǎn)讓 PLC 成了我們的不二選擇。通 過(guò)前面的分析，我們知道我們的控制對(duì)象是鋸片側(cè)角研磨機(jī)，控制范圍包括用于 夾 片、撥齒、上片的三個(gè)氣動(dòng)閥，控制砂輪的繼電器，控制水泵的繼電器，交流接觸器，控制異步電機(jī)的信號(hào)線(xiàn)等。近年來(lái)，從國(guó)外引進(jìn)的 PLC 產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)廠(chǎng)家組裝或自行開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品已經(jīng)有幾十個(gè)系列，上百個(gè)型號(hào)。 因此，合理選擇 PLC 對(duì)于提高 PLC 控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)起著重要作用。 大學(xué)本科畢業(yè)論文 14 （ 1） 機(jī)型選擇 機(jī)型選擇的基本原則是在功能滿(mǎn)足要求的前提下，保證可靠、維護(hù)使用發(fā)表改變以及最佳的性?xún)r(jià)比。 （ 2） 容量選擇 PLC 的容量指 I/O 點(diǎn)數(shù)和用戶(hù)存儲(chǔ)的存儲(chǔ)容量（字?jǐn)?shù)）兩方面的含義。 I/O 點(diǎn)數(shù)通?？砂磳?shí)際需要的 10~15%考慮裕量。 （ 3） I/O 模塊的選擇 I/O 部分的價(jià)格占 PLC 價(jià)格的一半以上。 根據(jù)以上標(biāo)準(zhǔn)，考慮到我們的控制系統(tǒng)都是開(kāi)關(guān)量的控制，可以考慮小型 PLC，該系統(tǒng)有 8個(gè)輸入點(diǎn)， 8 個(gè)輸出點(diǎn)。其基本性能有 ： 輸入 16 點(diǎn) ,輸出 16 點(diǎn) ，輔助繼電器 一般用 512 點(diǎn) M0–M511， 程序容量 ： 內(nèi)置 RAM 存儲(chǔ)器 (1808 步 )， 命令種類(lèi)基本命令 (順序命令 )32 個(gè) (含步進(jìn)階梯命令 )，輸入 /輸出控制方式結(jié)束再生方式，演算控制方式內(nèi)存程序 ? 往返式來(lái)回掃瞄方式，程序語(yǔ)言指令 加 階梯圖定時(shí)器100ms64 點(diǎn) ， 計(jì)數(shù)器 112 點(diǎn)。所謂人工控制即通過(guò)控制面板上設(shè)置的相應(yīng)按鍵對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行人工控制 ,通過(guò)人工按鍵操作完成整個(gè)加工流程 ， 這種方式可以用于正常的加工過(guò)程 ， 但工作效率低 ， 工人工作強(qiáng)度大 ， 故主要用于 設(shè)備調(diào)試、 一些突發(fā)問(wèn) 題的處理和設(shè)備檢修。圖 33 是 PLC 外圍接線(xiàn)圖： 可可可可可可P L Cx 0x 1x 2x 3x 4x 5x 6x 7x 1 1x 1 2x 1 3x 1 4x 1 5x 1 6x 1 7x 1 0y 0y 1y 2y 3