【正文】 基礎(chǔ)，應(yīng)用也已深入到很 多行業(yè)。組合機(jī)床及其自動(dòng)線(xiàn)是集機(jī)電于一體的綜合自動(dòng)化程度較高的制造技術(shù)和成套工藝裝備。我國(guó)傳統(tǒng)的組合機(jī)床及組合機(jī)床自動(dòng)線(xiàn)主要采用機(jī)、電、氣、液壓控制，它的加工對(duì)象主要是生產(chǎn)批量比較大的大中型箱體類(lèi)和軸類(lèi)零件（近年研制的組合機(jī)床加工連桿、板件等也占一定份額），完成鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔，加工各種螺紋、鏜孔、車(chē)端面和凸臺(tái)，在孔內(nèi)鏜各種形狀槽 ，以及銑削平面和成形面等。 組合機(jī)床裝配模型 圖 11 組合機(jī)床的裝配模型 組合機(jī)床及其體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀 隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，一種新型的組合機(jī)床 —— 柔性組合機(jī)床越來(lái)越受到人們的青睞，它應(yīng)用多位主軸箱、可換主軸箱、編碼隨行夾具和刀具的自動(dòng)更換，配以可編程序控制器（ PLC）、數(shù)字控制（ NC）等，能任意改變工作循環(huán)控制和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，并能靈活適應(yīng)多品種加工的可調(diào) 可變的組合機(jī)床。 本章小結(jié) 隨著可編程控制器在工控領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用， PLC 控制的組合機(jī)床漸漸取代了采用繼電器控制的組合機(jī)床。 第 二 章 攻絲 組合機(jī)床 的結(jié)構(gòu)和控制過(guò)程 組合機(jī)床結(jié)構(gòu) 組合機(jī)床是根據(jù)工件加工需要，以大量通用部件為基礎(chǔ)，配以少量專(zhuān)用部件組成的一種高效專(zhuān)用機(jī)床。其組成 是：側(cè)底座 滑臺(tái)鏜削頭 夾具 多軸箱 動(dòng)力箱 立柱 墊鐵 立柱底座 中間底座 液壓裝置 1電氣控制設(shè)備 1刀工具 13 等。圖中各個(gè)部件都是具有一定獨(dú)立功能的部件，并且大都已經(jīng)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化的通用部件。 圖 21 雙面復(fù)合式組合機(jī)床 通用部件是組成組合機(jī)床的基礎(chǔ)。用以 安裝動(dòng)力部件的通用部件如側(cè)底座、立柱、立柱底座等稱(chēng)為支承部件。 組合機(jī)床的基本配置 組合機(jī)床的通用部件 分為大型和小型兩大類(lèi)。用小型通用部件組成 的機(jī)床稱(chēng)為小型組合機(jī)床。 本設(shè)計(jì)主要是采用的是小型組合機(jī)床，小型組合機(jī)床也是由大量通用零部件組成，其配置特點(diǎn)是：常用兩個(gè)以上具有主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的小型動(dòng)力頭分散布置、組合加工。 小型組合機(jī)床分單工位和多工位兩類(lèi)。 組合機(jī)床的配置形式是多種多樣的，同一個(gè)零件的加工可采用幾種不同的配置方案。 通用部件按其尺寸大小、驅(qū)動(dòng)和控制方式、單機(jī)和自動(dòng)線(xiàn)的不同，可分為大型和小型通用部件；機(jī)械驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)、風(fēng)動(dòng)或數(shù)控通用部件；組合機(jī)床的組合機(jī)床自動(dòng)線(xiàn)通用部件。但這些通用部件都有其共性功能，按功能劃分的類(lèi)別覆蓋面較大 。 動(dòng)力部件是為組合機(jī)床提供主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的部件 ，它為 刀具提供主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 支承部件是組合機(jī)床的基礎(chǔ)部件，它包括側(cè)底座、立柱、立柱底座和中間底座等，用于支承和安裝各種部件。 輸送部件用于帶動(dòng)夾具和工件的移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)工位的變換，因此，要求有較高的定位精度。 控制部件是用以控制機(jī)床的自動(dòng)工作循環(huán)的部件，有液壓站、電氣柜和操縱臺(tái)等。 輔助部件包括用于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)夾緊工件的液壓或氣動(dòng)裝置，機(jī)械扳手，冷卻和潤(rùn)滑裝置，排屑裝置以及上下料的機(jī)械手等。 攻絲 組合機(jī)床的 控制方式 組合機(jī)床的控制方式包括 繼電器控制和 PLC 控制， 隨著機(jī)電一體 化技術(shù)的發(fā)展 , 可編程序控制器 ( PLC) 日益廣泛應(yīng)用于機(jī)械加工設(shè)備等的電氣控制系統(tǒng)中。 傳統(tǒng)的機(jī)床控制系統(tǒng)都是采用繼電器 、 接觸器等元器件組構(gòu)成硬件邏輯控制電路 , 不但接線(xiàn)復(fù)雜 , 而且經(jīng)常出現(xiàn)故障 , 可靠性較差。用 PLC 控制系統(tǒng)替代體積大、投資大、耗能大的繼電器 、 接觸器控制系統(tǒng)是今后機(jī)床電氣控制系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)。其原理仍然是“自引法”攻絲。常用的靠模裝置有： TO281 型攻絲靠模裝置和 TO282 型靠模裝置 。 動(dòng)力由攻絲主軸通過(guò)雙鍵傳到攻絲靠模桿，再經(jīng)平鍵傳遞給攻絲卡頭上的絲錐。攻絲時(shí)，靠模桿邊轉(zhuǎn)動(dòng)邊向前移動(dòng)，其進(jìn)給量與絲錐引進(jìn)量相同。 這種裝置易于調(diào)整，只要松開(kāi)壓板， 則可方便的將攻絲靠模取出，且在變動(dòng)加工螺孔規(guī)格時(shí)，易裝卸調(diào)換。它采用一類(lèi)可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶(hù)的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入 /輸出控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程 ， 是工業(yè)控制的核心部分 。與相同功能的繼電器相比，具有很高的性能價(jià)格比。 2. 硬件配套齊全，用戶(hù)使用方便，適應(yīng)性強(qiáng) 可編程序控制器產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，系列化，模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶(hù)選用。楞編程序控制器的安裝接線(xiàn)也很方便，一般用接線(xiàn)端子連接外部接線(xiàn)。 3. 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 傳統(tǒng) 的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器。 PLC 采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，平均無(wú)故障時(shí)間達(dá)到數(shù)萬(wàn)小時(shí)以上，可以直接用于有強(qiáng)烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)， PLC已被廣大用戶(hù)公認(rèn)為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。 PLC 的梯形圖程序一般采用順序控制設(shè)計(jì)方法。對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設(shè)計(jì)時(shí)間比設(shè)計(jì)繼電器系統(tǒng)電路圖的時(shí)間要少得多。完成了系統(tǒng)的安裝和接線(xiàn)后，在現(xiàn)場(chǎng)的統(tǒng)調(diào)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題一般通過(guò)修改程序就可以解決，系統(tǒng)的調(diào)試時(shí)間比繼電器系統(tǒng)少 得多。 梯形圖語(yǔ)言實(shí)際上是一種面向用戶(hù)的一種高級(jí)語(yǔ)言，可編程序控制器在執(zhí)行梯形圖的程序時(shí)，用解釋程序?qū)⑺?“ 翻譯 ” 成匯編語(yǔ)言后再去執(zhí)行。 PLC 或外部的輸入裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時(shí)，可以根據(jù) PLC 上的發(fā)光二極管或編程器提供的住處迅速的查明故障的原因，用更換模塊的方法可以迅速地排除故障。 PLC的結(jié)構(gòu)和工作原理 PLC 硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，基本構(gòu)成 主要包括電源、中央處理單元、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口電路、功能模塊、通信模塊。但是，在時(shí)間上， PLC 執(zhí)行的任務(wù)是按串行方式進(jìn)行的，其具體的運(yùn)行方式與繼電器 接觸器控制系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)都有著一定的不同。 當(dāng) PLC 開(kāi)始上電運(yùn)行時(shí)，首先清除 I/O 映像區(qū)的內(nèi)容，然后進(jìn)行自診斷，確認(rèn)正常后開(kāi)始掃描。 完成上述三個(gè)階段稱(chēng)作一個(gè)掃描周期。 PLC的組成 CPU 是 PLC 的核心部分。其功能： （ 1）用掃描方式（后面介紹）接收現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入輸入映象寄存器或數(shù)據(jù)寄存器； （ 2）接收并存儲(chǔ)從編程器輸入的用戶(hù)程序和數(shù)據(jù)； （ 3）診斷電源和 PC 內(nèi)部電路的工作狀態(tài)及編程過(guò)程中 的語(yǔ)法錯(cuò)誤； （ 4）在 PC 進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后： a）執(zhí)行用戶(hù)程序 —— 產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)（從用戶(hù)程序存儲(chǔ)器中逐條讀取指令，經(jīng)命令解釋后，按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去啟閉有關(guān)的控制電路） b）進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 —— 分時(shí)、分渠道地執(zhí)行數(shù)據(jù)存取、傳送、組合、比較、變換等動(dòng)作，完成用戶(hù)程序中規(guī)定的邏輯或算術(shù)運(yùn)算任務(wù) c）更新輸出狀態(tài) —— 輸出實(shí)施控制（根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出映象寄存器的內(nèi)容，再由輸入映象寄存器或數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)輸出控制、制表、打印、數(shù)據(jù)通訊等） 系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器 ： 存放系統(tǒng)工作程序（監(jiān)控程序）、模塊化應(yīng)用功能子程序、命令 、 解釋、功能子程序的調(diào)用管理程序和系統(tǒng) 參數(shù)， 不能由用戶(hù)直接存取 。即用戶(hù)通過(guò)編程器輸入的用戶(hù)程序。 注意：系統(tǒng)程序直接關(guān)系到 PC 的性能，不能由用戶(hù)直接存取，所以，通常PC 產(chǎn)品資料中所指的存儲(chǔ)器形式或存儲(chǔ)方式及容量，是指用戶(hù)程序存儲(chǔ)器而言。 PLC 提供了各種操作電平與驅(qū)動(dòng)能力的 I/O 模塊，以及各種用途的 I/O 組件供用戶(hù)選用：輸入 /輸出電平轉(zhuǎn)換 、 電氣隔離 、串 /并行轉(zhuǎn)換 、 數(shù)據(jù)傳送 、 A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換 、 誤碼校驗(yàn) 、其他功能模塊 。通常， I/O 模塊上還具有狀態(tài)顯示和 I/O 接線(xiàn)端子排。 可分為 簡(jiǎn)單型 ，即 只能聯(lián)機(jī)編程；只能用指令清單編程 。?？芍苯右噪娔X作為編程器，安裝相關(guān)的編程軟件編程 。例如 通過(guò)鍵盤(pán)和顯示器去檢測(cè) PLC 內(nèi)部狀態(tài)和參數(shù) ，或者 通過(guò)通訊端口與 CPU 聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)與 PLC 的人機(jī)對(duì)話(huà) 。一臺(tái)編程器可開(kāi)發(fā)、監(jiān)護(hù)許多臺(tái)PLC 的工作。 ： 內(nèi)部 電源： 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源，供內(nèi)部電路使用；大多數(shù)機(jī)型還可以向外提供DC24V 穩(wěn)壓電源，為現(xiàn)場(chǎng)的開(kāi)關(guān)信號(hào)、外部傳感器供電。 PLC程序的表達(dá)方式 由 PLC 的工作原理可知： PLC 是以程序的形式進(jìn)行工作的，為此，需要把控制任務(wù)變換為程序表達(dá)。下面對(duì)這些表達(dá)方法作簡(jiǎn)要說(shuō)明。梯形圖中繼電器的線(xiàn)圈、常開(kāi)觸點(diǎn)及常閉觸點(diǎn)符號(hào)常用 下圖 中的符號(hào)表示。在 PLC 中，它是用得最 多的一種程序表達(dá)方式。這種程序表達(dá)方式，編程設(shè)備簡(jiǎn)單，邏輯緊湊，目前各種 PLC均有指令的編程功能。對(duì)每一種邏輯功能都使用一個(gè)運(yùn)算方塊，其運(yùn)算功能由方塊內(nèi)的符號(hào)確定。有關(guān)的輸入均畫(huà)在方塊的左邊，輸 出畫(huà)在方塊的右邊。 高級(jí)語(yǔ)言 大型 PLC 中，為了進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、完成 PID 調(diào)節(jié)等較為復(fù)雜的控制。目前，各類(lèi)型 PLC 都具有兩種或兩種以上編程語(yǔ)言，其中以梯形圖和指令較為常用。其工作過(guò)程 分三個(gè)階段進(jìn)行，即輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段。對(duì)每個(gè)程序， CPU從第一條指令開(kāi)始執(zhí)行，按指令步序號(hào)做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無(wú)跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開(kāi)始逐條執(zhí)行用戶(hù)程序，直到遇到結(jié)束符后返回第一條指令，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)。接著進(jìn)入程序處理階段，在程 序執(zhí)行階段或其它階段，即使輸入狀態(tài)發(fā)生變化，輸入映象寄存器的內(nèi)容也不會(huì)改變，輸入狀態(tài)的變化只有在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段才能被采樣到。若程序用梯形圖來(lái)表示，則總是按先上后下，先左后右的順序進(jìn)行。當(dāng)指令中涉及到輸入、輸出狀態(tài)時(shí)， PLC 從輸入映像寄存器和元件映象寄存器中讀出，根據(jù)用戶(hù)程序進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算的結(jié)果再存入元件映象寄存器中。 3．輸出刷新階段 當(dāng)所有程序執(zhí)行完畢后，進(jìn)入輸出處理階段。 因此， PLC 在一個(gè)掃描周期內(nèi)，對(duì)輸入狀態(tài)的采樣只在輸入采樣階段進(jìn)行。這方式稱(chēng)為集中采樣，即在一個(gè)掃描周期內(nèi)，集中一段時(shí)間對(duì)輸入狀態(tài)進(jìn)行采樣。在一個(gè)掃描周期內(nèi)，只在輸出刷新階段才將輸出狀態(tài)從輸出映象寄存器中輸出，對(duì)輸出接口進(jìn)行刷新。這種方式稱(chēng)為集中輸出。 而對(duì)于大中型 PLC，其 I/O 點(diǎn)數(shù)較多，控制功能強(qiáng)，用戶(hù)程序較長(zhǎng)，為提高系統(tǒng)響應(yīng)速度，可以采用定 期采樣、定期輸出方式，或中斷輸入、輸出方式以及采用智能 I/O 接口等多種方式。若控制簡(jiǎn)單，如電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)，就可考慮用繼電器控制系統(tǒng)。 要對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行估測(cè)：有多少輸入量、電壓分別是多少、有多少輸出量、輸出功率有多大、現(xiàn)場(chǎng)對(duì)系統(tǒng)的響應(yīng)速度有何要求、控制室與現(xiàn)場(chǎng)的距離有多遠(yuǎn)等。 根據(jù) PLC 型號(hào)，列出輸入 /輸出設(shè)備與 PLC 的 I/O 地址對(duì)照表，以便繪制接線(xiàn)圖及編程。 (2)繪制 PLC 的 I/O 接線(xiàn)圖。 (3)繪制 PLC 及 I/O 設(shè)備的供電系統(tǒng)圖。 程序設(shè)計(jì)可用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法或功能表設(shè)計(jì) 法，或者是兩者的結(jié)合。這其中 PLC的選型至關(guān)重要。選擇 PLC，主要是確定 PLC 的生產(chǎn)廠家和 PLC 的具體型號(hào)。具體的選擇內(nèi)容有以下幾個(gè)方面： PLC 生產(chǎn)廠家的選擇 確定 PLC 的生產(chǎn)廠家， 主要應(yīng)該考慮設(shè)備用戶(hù)的要求、設(shè)計(jì)者對(duì)于不同廠家PLC 的熟悉程度和設(shè)計(jì)習(xí)慣、配套產(chǎn)品的一致性以及技術(shù)服務(wù)等方面的因素。 一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于控制獨(dú)立設(shè)備或較簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)的場(chǎng)合，配套日本的 PLC產(chǎn)品，相對(duì)來(lái)說(shuō)性?xún)r(jià)比有一定優(yōu)勢(shì)。 由于本控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容相對(duì)較為簡(jiǎn)單，故選用三菱 PLC。 I/O 點(diǎn)數(shù)的確定應(yīng)以控制設(shè)備所需的所有輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)的總和為依據(jù)。通常根據(jù)統(tǒng)計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，再增加 10％～ 20％的可擴(kuò)展余量后，作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)。 PLC 存儲(chǔ)器容量的估算 存儲(chǔ)器容量是指可編程序控制器本身能提供的硬件存儲(chǔ)單元大小，各種 PLC的存儲(chǔ)器容量大小可以從該 PLC 的基本參數(shù)表中找到，例如：西門(mén)子的 S7314 PLC的用戶(hù) 程序存儲(chǔ)容量為 64KB， S73152DP PLC的用戶(hù)程序存儲(chǔ)容量為 128KB。設(shè)計(jì)階段，由于用戶(hù)應(yīng)用程序還未編制，因此，需要對(duì)程序容量進(jìn)行估算。 PLC 通訊功能的選擇 現(xiàn)在 PLC 的通訊功能越來(lái)越強(qiáng)大，很多 PLC 都支持多種通訊協(xié) 議 (有些需要配備相應(yīng)的通訊模塊 )，選擇時(shí)要根據(jù)實(shí)際需要選擇合適的通訊方式。 為減輕 CPU 通信任務(wù)，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(xiàn)、工業(yè)以太網(wǎng)等 )通信處理器。這一類(lèi)PLC 的代表有：西門(mén)子公司的 S7200 系列、三菱公司的 FX 系列、歐姆龍公司的CPM1A 系列等。因此，模塊型 PLC 的配置比較靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。 綜合以上初步選定 FX2N機(jī)型，再根據(jù)下表和 I/O 輸入輸出點(diǎn)數(shù)，選定FX2N32MR001 型 PLC 表 31 FX2N系列的基本單元 型號(hào) 輸入點(diǎn)數(shù) 輸出點(diǎn)數(shù) 擴(kuò)展模塊可用點(diǎn)數(shù) 繼電器輸出 晶閘管輸出 晶體管輸出 FX2N16MR001 FX2N16MS FX2N16MT 8 8 24～ 32 FX2N32MR001 FX2N32MS FX2N32MT 16 16 24～