【正文】 為增量式光電碼盤和絕對式光電碼盤，目前國內(nèi)常用的為增量式光電碼盤。根據(jù)光電碼盤上刻線條數(shù)可分為 1024 線、 2048 線等，常用的為 1024 線即可滿足要求。 刀架部分的改造 目前數(shù)控機床刀架基本為電動刀架，其特點是定位更準(zhǔn)確、迅速。老式傳統(tǒng) 機 床刀架多為手動、液壓驅(qū)動或少部分的電動，改造時可以根據(jù)需要對其加以更換。 電動刀架可分為臥式轉(zhuǎn)塔刀架（一般安裝 8~12 把刀）和立式電動刀架 。 立式電動刀架有 四工位（或六工位），其中每一種刀架又有抬刀刀架（兩端齒盤）和免抬刀刀架（三端齒盤）之分。臥式轉(zhuǎn)塔刀架價格相對較貴，改造中常用立式四工位電動刀架。 潤滑部分的改造 老式傳統(tǒng) 機 床除主軸箱外，導(dǎo)軌、絲杠副、光桿等多用油槍定期注油潤滑和油脂潤滑，這對機床的導(dǎo)軌、絲杠副等的精度保持很不利，在同等驅(qū)動下機床運動的穩(wěn)定性、靈活性也差 — 些。 在對這些機床改造時一般都要對其潤滑部分進行相應(yīng)的改動，采用稀油集中定量、定時供油潤滑的方式，可分為手控潤滑和編程自動潤化兩種，在機床導(dǎo)軌、絲杠副布置好油路后可根據(jù)需要任選一種 。 絲杠支承軸承一般采用油脂潤滑，如特殊需要和供油充分的條件下也可采用稀油北京廣播電視大學(xué) 2020 秋級機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 14 潤盾。 機床防護 機床改造后整個防護分局部防護、半防護和全防護三種。 局部防護只對絲杠副、電動機、走線等采取防護措施。 半防護是在局部防護的基礎(chǔ)上增加切削的保護，即增加擋屑裝置。 全防護 是 在局部防護的基礎(chǔ)上對整個機床加以封閉，此種防護最難處理，考慮的因素也很多，諸如安裝 位置 、防水，美觀等。實際操作起來，以前兩種用得最多，也最易操作。 效率高必須以安全為前提。在機床改造中要根據(jù)實際情況采取相應(yīng)的安全防護措施，切不可忽視。滾珠絲 杠副是精密元件，工作時要嚴(yán)防灰塵特別是切屑及硬砂粒進入滾道。在縱向絲杠上也可加整體鐵板防護罩。大拖板與滑動導(dǎo)軌接觸的兩端面要密封好，絕對防止硬質(zhì)顆粒狀的異物進入滑動面損傷導(dǎo)軌。 本文采用的是 局部防護 。 在機檢測系統(tǒng)對工件質(zhì)量的保證 隨著現(xiàn)代化制造工業(yè)的蓬勃發(fā)展和大規(guī)模生產(chǎn)的需要，要求零部件具備高精度、高互換性，對零部件的尺寸和形位公差提出了嚴(yán)格的要求，在加工設(shè)備提高工效、自動化程度更強的基礎(chǔ)上，計量檢測手段不但要精準(zhǔn)，而且要高效，普通的專用或手動的工量具已無法滿足現(xiàn)代化的檢測需要，以上諸多方面的要 求，促進和推動了坐標(biāo)測量技術(shù)的發(fā)展。 在機測量 具有的高精度、高效率、數(shù)字化、柔性化等優(yōu)點，因而它不僅在精密檢測和產(chǎn)品質(zhì)量控制上扮演著重要角色，同時在設(shè)計、生產(chǎn)過程控制和模具制造方面發(fā)揮著越來越重要的作用。 北京廣播電視大學(xué) 2020 秋級機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 15 第 3 章 PLC 在 機 床數(shù)控 化 改造 的 應(yīng)用 PLC 在機械制造的設(shè)備控制中心用非常廣泛，但在普通 機 床數(shù)控化改造中，用 PLC作數(shù)控系統(tǒng)的核心部件還是一個新的課題。隨著 PLC 技術(shù)、功能不斷完善，這將是一種發(fā)展趨勢。 機床的 PLC 數(shù)控系統(tǒng)控制原理設(shè)計 機床的操作要求 機床一般加工回轉(zhuǎn)表面、螺紋 等。要求其動作一般是 X、 Z 向快進，工進、快退。加工過程中能進行自動、手動、車外圓與車螺紋等轉(zhuǎn)換；并且能進行單步操作。 PLC 數(shù)控系統(tǒng)需解決的問題 機床的操作過程比較復(fù)雜，而 PLC 一般只適用于動作的順序控制。要將 PLC 用于控制機床動作，必須解決三個問題： （ 1）如何產(chǎn)生驅(qū)動伺服機構(gòu)的信號及 X， Z 向動作的協(xié)調(diào)； （ 2）如何改變進給系統(tǒng)速度； （ 3）車螺紋如何實現(xiàn)內(nèi)聯(lián)系傳動及螺紋導(dǎo)程的變化。 將 PLC 及其控制模塊和相應(yīng)的執(zhí)行元件組合，這些問題是可以解決的。 數(shù)控系統(tǒng)的控制原理 普通 機 床數(shù)控 化改造工作就是將刀架、 X、 Z 向進給改為數(shù)控控制。根據(jù)改造特點，伺服元件采用步進電動機，實行開環(huán)控制系統(tǒng)就能滿足要求。 Z 向脈沖當(dāng)量取， X 向脈沖當(dāng)量取 。選用晶體管輸出型的 PLC。驅(qū)動步進電動機脈沖信號由編程產(chǎn)生，通過程序產(chǎn)生不同頻率脈沖實現(xiàn)變速。 X、 Z 向動作可通過輸入手動操作或程序自動控制。車螺紋的脈沖信號由主軸脈沖發(fā)生器產(chǎn)生，通過與門電路接入 PLC 輸入端，經(jīng) PLC 程序變頻得到所需導(dǎo)程的脈沖。刀架轉(zhuǎn)位、車刀進、退可由手動或自動程序控制。圖 31 為數(shù)控系統(tǒng)原理圖。 PLC 輸入、輸 出（ I/O）點數(shù)確定 所設(shè)計的 機 床操作為：起點總停、 Z、 X 向快進、工進、快退；刀架正，反轉(zhuǎn)；手動、自動，單步、車螺紋轉(zhuǎn)換。因此，輸入需 14 點。根據(jù)圖 31 得，輸出需 9 點。I/O 連接圖如圖 32 所示。 北京廣播電視大學(xué) 2020 秋級機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 16 車螺紋脈沖 起、?？刂? Z 向步進電動機 脈沖信號 正反轉(zhuǎn)控制 起、?？刂? 脈沖信號 X 向步進電動機 正反轉(zhuǎn)控制 刀架正傳控制 刀架反傳控制 圖 31 控制系統(tǒng)原理圖 圖 32 I/O 連接圖 驅(qū)動程序（梯形圖）設(shè)計 amp。 PLC amp。 驅(qū)動器 amp。 驅(qū)動器 刀架 北京廣播電視大學(xué) 2020 秋級機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 17 總程序結(jié)構(gòu)設(shè)計 手動、自動、單步、車螺紋程序的選擇采用跳轉(zhuǎn)指令實現(xiàn)。圖 33 是總程 序結(jié)構(gòu)框圖。若合上 X12（ X1 X1 X15 斷開），其動斷輔助觸點斷開，執(zhí)行手動程序；若X12 斷開， X13 合上，程序跳過手動程序，指針到 P0 處，執(zhí)行自動程序。 圖 33 總程序框圖 手動程序梯形圖設(shè)計 手動程序、自動程序需根據(jù)具體零件設(shè)計，這里僅以 Z 向快進、工進、快退的動作為例加以說明。其梯形圖如圖 34 所示。 在執(zhí)行手動程序狀態(tài)下，按 X0， YI 接通，作好起動準(zhǔn)備。按 X2，輔助繼電器 M0接通。通過 T63 計時及 Y2 觸點組合，產(chǎn)生頻率為 103/2i 的脈沖信號（ i 為計時時間，根據(jù)需要設(shè)定，單位為 ms），驅(qū)動 Z 向快進。當(dāng)按下 X3 時（ M0 斷開）， M1 接通， M1與定時器 T32 組合使 Y2 產(chǎn)生頻率為 103/2i 的脈沖（ j＞ i），由 Y2 輸出，實現(xiàn)工進。按下 X4 時， M0、 Y3 同時接通，電動機快速反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)快退。 數(shù)控 機 床在我國機械制造業(yè)中的應(yīng)用正在迅速發(fā)展，但高精度數(shù)控機床價格昂貴，而且在實際生產(chǎn)中有大量形狀不太復(fù)雜、精度要求一般的零件，這就需要精度一般的數(shù)控 機 床加工。同時，我國現(xiàn)有大量可用的普通 機 床，對這些 機 床進行數(shù)控化改造是用少的投資來提高生產(chǎn)效率、提高效益的有效途徑。以前 機 床數(shù)控化改造用的是Z80、 8031 芯片作數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，它的價格較貴且系統(tǒng)開發(fā)較復(fù)雜。用 PLC 作北京廣播電視大學(xué) 2020 秋級機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 18 為 機 床的數(shù)控系統(tǒng)，有成本低、系統(tǒng)簡單，調(diào)整方便等優(yōu)點，必將會得到廣泛應(yīng)用。 X12 X0 X1 Y1 X4 X3 X2 M0 M0 T63 Ki T63 Y2 M0 T63 Y2 T32 Y2 M1 T32 Y2 M1 T32 Kj M3 X2 X4 M1 X4 X2 X3 Y3 圖 34 Z 向手動梯形圖 CJ P0 Y1 M0 T63 Y2 T32 M1 Y3 北京廣播電視大學(xué) 2020 秋級機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 19 第 4 章 數(shù)控 機 床計算機控制系統(tǒng)改造軟件設(shè)計 機 床數(shù)控系統(tǒng)的軟件采用模塊化設(shè)計，用面向?qū)ο蟮母呒壵Z言 VC++ 編寫，該軟件通過 PMAC 提供的動態(tài)鏈接庫管理實時運動程序。系統(tǒng)軟件主要包括上位機人機界面、上下位機通信程序和 PLC 程序等幾部分。軟件的結(jié)構(gòu)如圖 41 所示。上位機人機界面為用戶提供一個系統(tǒng)操作界面，在此界面下，系統(tǒng)的各功能模塊以菜單和對話框的形式被調(diào)用。 PLC 控制程序用于機床系統(tǒng)開關(guān)量的邏輯控制。動態(tài)鏈接庫 PComm32提供函數(shù)同底層的虛擬設(shè)備驅(qū)動程序進行數(shù)據(jù)交換，然后由虛擬設(shè)備驅(qū)動程序直接和PMAC 交換數(shù)據(jù)。 圖 41數(shù)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) 人機界面程序編 制 數(shù)控 機 床的上位人機界面程序主要足將數(shù)控系統(tǒng)的操作界面顯示在屏幕上，為操作者提供一個直觀的操作環(huán)境。這是數(shù)控軟件開發(fā)中較重要的一部分，主要包括程序編輯、系統(tǒng)參數(shù)配置、加上運行、狀態(tài)顯示、自診斷和在線幫助等。程序編輯界面主要用于數(shù)控文件的編輯、復(fù)制、存儲和刪除等操作，實現(xiàn)文檔和系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)的管理。系統(tǒng)參數(shù)配置界面可以方便地配置 M 變量、 I 變量、電動機參數(shù)等各個系統(tǒng)參數(shù)。加工運行界面用于將 NC 代碼進行解釋并下載到 PMAC 中，通過 PMAC 去執(zhí)行插補等功能。狀態(tài)顯示界面用于顯示電動機的實際位置、命令位 置、速度以及運動時間等各種狀態(tài)參數(shù)，通過顯示的參數(shù)來了解加工性能的好壞，從而根據(jù)需要在系統(tǒng)配置界面中凋整參數(shù)設(shè)置。自診斷界面用于顯示各種主要故障原因及其初步解決方案。在線幫助界面為用戶提供該人機界面的使用幫助說明。整個人機界面基于 Windows 環(huán)境，采用菜單式按鈕，具有很好的人機交互性。 上下位機通信程序編制 為了便于 PMAC 與上層 Windows 進行通信，美國 Delta Tau公司提供 的 PComm32動態(tài)鏈接庫作為上層應(yīng)用程序與 PMAC 之間通信的橋梁。 PComm32 是一個非常有效的 人機界面 參數(shù)設(shè)置 編輯修改 加工運行 狀態(tài)顯示 故障診斷 在線幫助 動 態(tài) 庫 PMAC 運動插補 伺服運動 PLC 程序 北京廣播電視大學(xué) 2020 秋級機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 20 開發(fā)工具，它包括了 所有與 PMAC 的通信方法，并且與 VC++等開發(fā)軟件有很好的兼容性，開發(fā)者只需要往 VC 程序中調(diào)用動態(tài)鏈接庫就能完成上位機同 PMAC 之間的數(shù)據(jù)交換。 PLC 程序的編制 系統(tǒng)的 PLC 程序主要完成系統(tǒng)的初始化和對各種輸入 /輸出量進行監(jiān)控，主要包括限位、冷卻、潤滑、指示燈管理、主軸電動機起停等子程序。 PMAC 帶有內(nèi)置的軟PLC 功能，其運行是由 PMAC 來實現(xiàn)的。當(dāng)運動程序在前臺有序運行時， PMAC 可以在后臺運行多達 32 個異步 PLC 程序。 PLC 程序可以以極高的采樣速率監(jiān)視模擬和數(shù)字輸入、設(shè)定輸出值、發(fā)送信息、改變 增益，命令運動停止 /起動等作業(yè)。 PLC 程序的語法采用 IF~ELSE 結(jié)構(gòu)的類 C 語言，開發(fā)者很容易就能寫出所需的 PLC 程序，然后可利用 PMAC 自帶的軟件開發(fā)平臺進行編輯、編譯，最后下載到 PMAC 卡中運行。 當(dāng)然也可以考慮用 MCS51 單片機對車床進行軟件改造。 機床控制系統(tǒng)的控制對象是機床的移動部件（如工作臺、刀架等）控制量為移動部件的位移（或角度）和速度，控制信號來自數(shù)控裝置的進給脈沖，控制作用就是驅(qū)動控制對象快速、準(zhǔn)確、高效地跟隨進給脈沖移動。 機床改造后，進給系統(tǒng)各進軸的進給進度由步進電動機的速度控制，進 給方向由步進電動機的方向決定，采用 8255 輸出口的 A、 B 口來并行控制步進電動機，如圖42 所示。 圖 42 采用 8255 輸出口并行控制步進電動機的框圖