基于立式加工中心的數(shù)控設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　數(shù)控技術(shù)作為現(xiàn)代制造業(yè)的核心技術(shù)之一，在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，在機(jī)械制造行業(yè)當(dāng)中，數(shù)控加工中心由于可以以較高的精度實(shí)現(xiàn)多工種加工已經(jīng)成為現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中不可缺少的加工設(shè)備。本文在選用三菱公司的PLC及M64S數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了立式加工中心的CNC數(shù)控系統(tǒng)的硬件外圍電路，同時利用三菱公司的DX-developer開

2、發(fā)工具進(jìn)行了PLC梯形圖編程和仿真。本文主要從硬件電路和PLC程序兩大部分來撰寫， PLC程序又包括程序的編寫和仿真，這是本論文最重要的部分，其中PLC控制程序又是本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，分別在第三章和第四章。</p><p>　　【關(guān)鍵詞】 M64S數(shù)控系統(tǒng) 加工中心 PLC梯形圖 I/O接口電路</p><p><b>　　ABSTRACT</b></

3、p><p>　　In today's machinery manufacturing developing process, the CNC technology is one of the core technologies. CNC Machining Center has become a modern control indispensable processing equipment, To mee

4、t the needs of machining accuracy regardless of the structure or mechanical control system is a very high demand CNC systems with high reliability and precision by a wide range of users of all ages. Based on Mitsubishi M

5、64S NC system for the processing center, I introduced processing center structure,</p><p>　　【Keywords】 M64S numerical control system machining centre control program circuitry</p><p><

6、;b>　　目 錄</b></p><p><b>　　前 言1</b></p><p>　　第一章 CNC數(shù)控系統(tǒng)概述2</p><p>　　第一節(jié) CNC數(shù)控系統(tǒng)相關(guān)介紹2</p><p>　　一、CNC數(shù)控基本概念2</p><p>　　二、數(shù)控系統(tǒng)的組成3

7、</p><p>　　三、數(shù)控加工中心的優(yōu)缺點(diǎn)4</p><p>　　四、數(shù)控技術(shù)發(fā)展回顧及未來發(fā)展趨勢5</p><p>　　第二節(jié) PLC的選型6</p><p>　　一、輸入輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)的估算6</p><p>　　二、存儲器容量的估算6</p><p>　　三、控制功能

8、的選擇6</p><p><b>　　四、機(jī)型的選擇8</b></p><p>　　五、冗余功能的選擇9</p><p>　　六、經(jīng)濟(jì)性的考慮9</p><p>　　第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)介紹9</p><p>　　一、三菱數(shù)控產(chǎn)品簡介9</p><p>　　二、三

9、菱M64S數(shù)控系統(tǒng)簡介10</p><p>　　第四節(jié) 本章小結(jié)13</p><p>　　第二章 立式加工中心電氣原理圖設(shè)計(jì)14</p><p>　　第一節(jié) 數(shù)控加工中心設(shè)計(jì)概述14</p><p>　　第二節(jié) 數(shù)控加工中心主回路/電氣控制回路16</p><p>　　一、主回路/電氣控制回路簡述1

10、6</p><p>　　二、主回路/電氣控制回路圖16</p><p>　　第三節(jié) 本章小結(jié)19</p><p>　　第三章 數(shù)控加工中心PLC控制程序設(shè)計(jì)20</p><p>　　第一節(jié) 三菱數(shù)控系統(tǒng)軟件配置20</p><p>　　一、信號流程簡述20</p><p>　　二

11、、信號流程圖20</p><p>　　第二節(jié) 數(shù)控加工中心輸入輸出信號地址22</p><p>　　第三節(jié) 數(shù)控加工中心PLC控制程序設(shè)計(jì)步驟27</p><p>　　第四節(jié) 數(shù)控加工中心PLC控制程序說明28</p><p>　　一、加工中心方式選擇28</p><p>　　二、加工中心定時器程序

12、32</p><p>　　三、進(jìn)給軸工作狀態(tài)選擇33</p><p>　　四、加工中心進(jìn)給軸運(yùn)動方向指示燈程序34</p><p>　　五、加工中心手輪選擇及其倍率設(shè)定35</p><p>　　第五節(jié) 本章小結(jié)40</p><p>　　第四章 M64S數(shù)控系統(tǒng)仿真41</p><p

13、>　　第一節(jié) GX Developer軟件使用說明41</p><p>　　一、GX Developer軟件的安裝41</p><p>　　二、GX Developer軟件的開啟步驟與設(shè)定41</p><p>　　三、GX Developer軟件的編程操作說明42</p><p>　　第二節(jié) PLC程序的仿真44<

14、;/p><p>　　一、PLC控制程序的傳輸44</p><p><b>　　二、仿真結(jié)果44</b></p><p>　　第三節(jié) 本章小結(jié)46</p><p><b>　　結(jié) 論47</b></p><p><b>　　致 謝49</b>&

15、lt;/p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)50</p><p><b>　　附錄51</b></p><p>　　一、英語資料原文51</p><p>　　二、英語原文翻譯59</p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)

16、是現(xiàn)代制造系統(tǒng)的重要支柱之一，然而數(shù)控機(jī)床又是現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)不可缺少的設(shè)備，它的核心是數(shù)控系統(tǒng)。本章針對數(shù)控技術(shù)、數(shù)控機(jī)床、數(shù)控系統(tǒng)的概念及發(fā)展情況做簡要的介紹,同時也簡要介紹關(guān)于PLC選型的方法。近年來由于數(shù)控機(jī)床的快速發(fā)展，國外交直流系統(tǒng)數(shù)字化已經(jīng)達(dá)到實(shí)用階段。當(dāng)今的計(jì)算機(jī)行業(yè)高速發(fā)展，并且計(jì)算機(jī)行業(yè)已經(jīng)基本成熟，所以數(shù)控還是以PC為基礎(chǔ)，開發(fā)以PC為基礎(chǔ)的控制器，這樣控制器可以將數(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

17、，大大提高了控制器的能力，因此，在其機(jī)械行業(yè)獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　第一章 CNC數(shù)控系統(tǒng)概述</p><p>　　第一節(jié) CNC數(shù)控系統(tǒng)相關(guān)介紹</p><p>　　一、CNC數(shù)控基本概念</p><p><b>　　1、數(shù)控技術(shù)</b></p><p>　　數(shù)控技術(shù)是

18、利用數(shù)字化的信息對機(jī)床運(yùn)動及加工過程進(jìn)行控制的一種方法。是指用數(shù)字、文字和符號組成的數(shù)字指令來實(shí)現(xiàn)一臺或多臺機(jī)械設(shè)備動作控制的技術(shù)。它所控制的通常是位置、角度、速度等機(jī)械量和與機(jī)械能量有關(guān)的開關(guān)量。數(shù)控的產(chǎn)生依賴于數(shù)據(jù)載體和二進(jìn)制形式數(shù)據(jù)運(yùn)算的出現(xiàn)。1908年，穿孔的金屬薄片互換式數(shù)據(jù)載體問世；19世紀(jì)末，以紙為數(shù)據(jù)載體并具有輔助功能的控制系統(tǒng)被發(fā)明；1938年，香農(nóng)在美國麻省理工學(xué)院進(jìn)行了數(shù)據(jù)快速運(yùn)算和傳輸，奠定了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)，包括計(jì)算

19、機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)是與機(jī)床控制密切結(jié)合發(fā)展起來的，1952年，第一臺數(shù)控機(jī)床問世，成為世界機(jī)械工業(yè)史上一件劃時代的事件，推動了自動化的發(fā)展。 如今，數(shù)控技術(shù)也叫計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)，目前它是采用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字程序控制的技術(shù)。這種技術(shù)用計(jì)算機(jī)按事先存貯的控制程序來執(zhí)行對設(shè)備的控制功能。由于采用計(jì)算機(jī)替代原先用硬件邏輯電路組成的數(shù)控裝置，使輸入數(shù)據(jù)的存貯、處理、運(yùn)算、邏輯判斷等各種控制機(jī)能的實(shí)現(xiàn)，均可以通過計(jì)算機(jī)軟件來完成。</

20、p><p><b>　　2、數(shù)控系統(tǒng)</b></p><p>　　數(shù)控是數(shù)字控制（Numerical Control NC）的簡稱。數(shù)控系統(tǒng)包括：數(shù)控裝置、可編程控制器、主軸驅(qū)動器及進(jìn)給裝置等部分。從廣義上講，是指利用數(shù)字化信息實(shí)行控制，也是利用數(shù)字控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)的自動控制系統(tǒng)，其被控對象可以是各種生產(chǎn)過程。從狹義上理解，就是利用數(shù)字化信息對機(jī)床軌跡和狀態(tài)實(shí)行控制，例如數(shù)

21、控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控線切割機(jī)床、數(shù)控加工中心等。隨著自動控制理論、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、精密測量技術(shù)和機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)正朝著高速度、高精度、智能化、開放型以及高可靠性等方向迅速發(fā)展。</p><p><b>　　3、數(shù)控機(jī)床</b></p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)與被控機(jī)床本體的結(jié)合體稱為數(shù)控機(jī)床。國際信息處理聯(lián)盟（International Federa

22、tion Of Information Processing）第五技術(shù)委員會對數(shù)控機(jī)床做出如下定義：數(shù)控機(jī)床是一個裝有程序控制系統(tǒng)的機(jī)床，該系統(tǒng)能夠邏輯的處理使用代碼，或其他符號編碼指令規(guī)定的程序。也就是說，數(shù)控機(jī)床是一種采用計(jì)算機(jī)，利用數(shù)字信息進(jìn)行控制的高效、能夠進(jìn)行自動化加工的機(jī)床，它能夠按照機(jī)床規(guī)定的數(shù)字化代碼，把各種機(jī)械位移量、工藝參數(shù)、輔助功能表示出來，經(jīng)過數(shù)控系統(tǒng)的邏輯處理和運(yùn)算，發(fā)出各種控制指令，實(shí)現(xiàn)要求的機(jī)械動作，自動完

23、成零件加工任務(wù)。所以，數(shù)控機(jī)床是一種靈活性很強(qiáng)、技術(shù)密集型及自動化程度很高的機(jī)電一體化加工設(shè)備。</p><p><b>　　二、數(shù)控系統(tǒng)的組成</b></p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)一般由輸入/輸出裝置、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)（驅(qū)動控制裝置）、機(jī)床電器邏輯控制裝置所組成，機(jī)床本體為被控對象，它的結(jié)構(gòu)框圖如圖1.1所示：</p><p>　　1、輸入

24、裝置/輸出裝置</p><p>　　圖1.1 數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　輸入裝置將數(shù)控加工程序等各種信息輸入數(shù)控裝置，輸入的內(nèi)容及數(shù)控系統(tǒng)的工作狀況可以通過輸出裝置進(jìn)行觀察。現(xiàn)在數(shù)控系統(tǒng)主流的輸入/輸出裝置有磁盤驅(qū)動器、通訊網(wǎng)絡(luò)接口、LCD及各種顯示器件等。</p><p><b>　　2、數(shù)控裝置</b></p>

25、<p>　　數(shù)控裝置是數(shù)控系統(tǒng)的核心。它的主要功能是：正確識別和解釋數(shù)控加工程序，對解釋結(jié)果進(jìn)行各種數(shù)據(jù)計(jì)算和邏輯判斷處理，完成各種輸入、輸出任務(wù)。其形式可以是由數(shù)字邏輯電路構(gòu)成的專用硬件數(shù)控裝置或計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置。前者稱為硬件數(shù)控裝置，或NC裝置，其數(shù)控功能有硬件邏輯電路實(shí)現(xiàn)；后者稱為CNC裝置，其數(shù)控功能有硬件和軟件共同實(shí)現(xiàn)。數(shù)控裝置將數(shù)控加工程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)動控制裝置；另一類是離散的開

26、關(guān)控制量，送往機(jī)床電器邏輯控制裝置。</p><p><b>　　3、伺服系統(tǒng)</b></p><p>　　伺服系統(tǒng)(驅(qū)動控制單元)位于數(shù)控裝置和機(jī)床本體之間，包括進(jìn)給軸伺服驅(qū)動裝置和主軸伺服驅(qū)動裝置。進(jìn)給軸伺服驅(qū)動裝置由位置控制單元、速度控制單元、電動機(jī)和測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)動機(jī)床受控部件的移動。主軸驅(qū)動裝置主要由

27、速度控制單元組成。</p><p>　　4、機(jī)床電器控制裝置</p><p>　　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)出的開關(guān)命令，主要完成機(jī)床主軸選速、起停和方向控制信號，換刀功能，工件裝夾功能冷卻、液壓、氣動、潤滑系統(tǒng)控制功能以及機(jī)床其他輔助功能。其形式可以是繼電器控制線路或可編程邏輯控制器(PLC)。</p><p>　　根據(jù)不同的加工方式

28、，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。與傳統(tǒng)的普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床本體的外部造型、整體布局、傳動系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)及操作機(jī)構(gòu)等方面都應(yīng)該符合數(shù)控的要求。</p><p>　　數(shù)控機(jī)床還配有各種輔助裝置，其作用是配合機(jī)床完成對工件的加工。如切削液或油液系統(tǒng)中的冷卻或過濾裝置，油液分離裝置，吸塵吸霧裝置、潤滑裝置及輔助主機(jī)實(shí)現(xiàn)傳動和控制的氣動、液動裝置等。除上述通用輔助設(shè)備外，從目前數(shù)控

29、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：對刀儀、自動編程機(jī)、自動排屑機(jī)、物料儲運(yùn)及上下料裝置和交流穩(wěn)壓電源。</p><p>　　現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)采用可編程邏輯控制器（PLC）取代了傳統(tǒng)的機(jī)床電器邏輯控制裝置，即繼電器控制線路，用PLC控制程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)控機(jī)床的各種繼電器控制邏輯。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。</p><p&

30、gt;　　三、數(shù)控加工中心的優(yōu)缺點(diǎn)</p><p>　　數(shù)控技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)有50多年的歷史了，經(jīng)過多次修正，如今它已經(jīng)很成熟了。在這50年里，它沒有被社會發(fā)展所淘汰，證明它有許多優(yōu)點(diǎn)，而且它的優(yōu)點(diǎn)是無可取代的。加工中心具有精度高、定位準(zhǔn)確、多工種加工、對操作者的技術(shù)要求低、能適應(yīng)中、小批量結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度高的加工、對工時估算容易、生產(chǎn)精度掌握容易。</p><p>　　四、數(shù)控技術(shù)發(fā)展回顧及

31、未來發(fā)展趨勢</p><p>　　1、數(shù)控（NC）階段（1952-1970年）</p><p>　　早期的計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度低，這對當(dāng)時的科學(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)時控制的要求。于是，人們不得不采用數(shù)字邏輯控制電路，組成機(jī)床專用計(jì)算機(jī)。這種數(shù)控裝置稱為硬件連接數(shù)控裝置(HARD-WIRED NC)，簡稱為數(shù)控(NC)。隨著電子元器件的發(fā)展，這個階段又經(jīng)歷了三代：1952年的第

32、一代 — 電子管計(jì)算機(jī)組成的數(shù)控裝置；1959年的第二代 — 晶體管計(jì)算機(jī)組成的數(shù)控裝置；1965年的第三代 — 小規(guī)模的集成電路計(jì)算機(jī)組成的數(shù)控裝置。</p><p>　　2、計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）階段（1970年-至今）</p><p>　　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)。此時的小型計(jì)算機(jī)，其運(yùn)算速度比以往的計(jì)算機(jī)有了大幅度的提高，比專用計(jì)算機(jī)成本低、可

33、靠性提高。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。1971年，美國INTEL公司在世界上的第一次將計(jì)算機(jī)的兩個核心的部件—運(yùn)算器和控制器，采用大規(guī)模的集成電路控制技術(shù)，將其集成在一塊芯片上，稱為微處理器（Microprocessor），又稱中央處理單元CPU。1974年，微處理器應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)。</p><p>　　雖然早期的微處理器速度和功能對數(shù)控裝置來說有局限性，但可以

34、通過多處理器結(jié)構(gòu)來解決相應(yīng)的問題。由于微處理器是計(jì)算機(jī)的核心部件，故此時的數(shù)控系統(tǒng)仍然成為計(jì)算機(jī)數(shù)控。到了1990年，PC機(jī)的性能已發(fā)展到很高的水平，可滿足數(shù)控系統(tǒng)核心部件的要求，而且PC機(jī)的生產(chǎn)批量很大，軟件資源豐富，價(jià)格便宜，可靠性高，數(shù)控系統(tǒng)從此進(jìn)入基于PC的階段。</p><p><b>　　3、未來的發(fā)展</b></p><p>　　當(dāng)今的計(jì)算機(jī)業(yè)的高速發(fā)展

35、，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。</p><p>　　控制器還將采用開放式的系統(tǒng)構(gòu)架，這樣數(shù)控機(jī)床也可以像今日的計(jì)算機(jī)業(yè)一樣，用戶可以根據(jù)需要自行對數(shù)控機(jī)床的軟、硬件進(jìn)行配置，這樣數(shù)控機(jī)床的功能提升了，價(jià)格降低了。同時數(shù)控機(jī)床還向小型化發(fā)展?？傊?，計(jì)

36、算機(jī)數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代。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) 。</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)半個世紀(jì)經(jīng)歷了兩個階段六代大發(fā)展，只是發(fā)展到了第五代以后，才從根本上解決了數(shù)控系統(tǒng)可靠性低、價(jià)格昂貴、應(yīng)用很不方便等極為關(guān)鍵的問題。因此，即使在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，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

37、，也就是說，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展和普及經(jīng)過了近30年。</p><p>　　第二節(jié) PLC的選型</p><p>　　隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，PLC產(chǎn)品的種類也越來越多。不同型號的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，適用的場合也各有側(cè)重。因此，合理選用PLC，對于提高PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有著重要意義。PLC的選擇主要應(yīng)從PLC的機(jī)型、容量、I/O模塊、電

38、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。</p><p>　　一、輸入輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)的估算</p><p>　　I/O 點(diǎn)數(shù)估算時應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?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)。實(shí)際訂貨時，還需根據(jù)制造廠商PLC的產(chǎn)品特點(diǎn)，對輸入輸出點(diǎn)數(shù)進(jìn)行調(diào)整。</p><p>　　二、存儲器容量的估算

39、</p><p>　　存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。為了設(shè)計(jì)選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來替代。存儲器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式，大體上都是按數(shù)字量I/O 點(diǎn)數(shù)的10~15倍，加上模擬I/O 點(diǎn)數(shù)的100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)（16位為一個字），另外再按此數(shù)的25%考慮余量。&l

40、t;/p><p><b>　　三、控制功能的選擇</b></p><p>　　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。</p><p><b>　　1、運(yùn)算功能</b></p><p>　　簡單PLC的運(yùn)算功能包括邏輯運(yùn)算、計(jì)時和計(jì)數(shù)功能；普通PLC的運(yùn)算功能還

41、包括數(shù)據(jù)移位、比較等運(yùn)算功能；較復(fù)雜運(yùn)算功能有代數(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送等；大型PLC中還有模擬量的PID運(yùn)算和其他高級運(yùn)算功能。大多數(shù)應(yīng)用場合，只需要邏輯運(yùn)算和計(jì)時計(jì)數(shù)功能，有些應(yīng)用需要數(shù)據(jù)傳送和比較，當(dāng)用于模擬量檢測和控制時，才使用代數(shù)運(yùn)算，數(shù)值轉(zhuǎn)換和PID運(yùn)算等。要顯示數(shù)據(jù)時需要譯碼和編碼等運(yùn)算。</p><p><b>　　2、控制功能</b></p><p>　　控

42、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。PLC主要用于順序邏輯控制，因此，大多數(shù)場合常采用單向路或多向路控制器解決模擬量的控制，有時也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高PLC的處理速度和節(jié)省存儲器容量。</p><p><b>　　3、通信功能</b></p><p>　　大中型PLC系統(tǒng)應(yīng)支持多種現(xiàn)場總線和標(biāo)準(zhǔn)

43、通信協(xié)議。PLC系統(tǒng)的通信接口應(yīng)包括串行和并行通信接口、RIO通信口、工業(yè)以太網(wǎng)、常用DCS接口等；大中型PLC通信總線(含接口設(shè)備和電纜)應(yīng)1：1冗余配置，通信總線應(yīng)符合國際標(biāo)準(zhǔn)，通信距離應(yīng)滿足裝置實(shí)際要求。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)對點(diǎn)、現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)）通信處理器。</p><p><b>　　4、編程功能</b></p><p>

44、;　　離線編程方式：PLC和編程器公用一個CPU，編程器在編程模式時，CPU只為編程器提供服務(wù)，不對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制。完成編程后，編程器切換到運(yùn)行模式，CPU對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制，不能進(jìn)行編程。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本，但使用和調(diào)試不方便。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)場控制，并在一個掃描周期內(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。這種方式成

45、本較高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便，在大中型PLC中常采用。</p><p><b>　　5、診斷功能</b></p><p>　　PLC的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分內(nèi)診斷和外診斷。通過軟件對PLC內(nèi)部的性能和功能進(jìn)行診斷是內(nèi)診斷，通過軟件對PLC的CPU與外部輸入輸出等部件信息交換功能進(jìn)行診斷是外診斷。</

46、p><p><b>　　6、處理速度</b></p><p>　　PLC采用掃描方式工作。從實(shí)時性要求來看，處理速度應(yīng)越快越好，如果信號持續(xù)時間小于掃描時間，則PLC將掃描不到該信號，造成信號數(shù)據(jù)的丟失。處理速度與用戶程序的長度、CPU處理速度、軟件質(zhì)量等有關(guān)。</p><p><b>　　四、機(jī)型的選擇</b></p&

47、gt;<p><b>　　1、 PLC的類型</b></p><p>　　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)場安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應(yīng)用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c(diǎn)數(shù)選型。</p><p>　　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)；

48、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)。</p><p>　　2、 輸入輸出模塊的選擇</p><p>　　輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。例如對輸入模塊，應(yīng)考慮信號電平、信號傳輸距離、信號隔離、信號供電方式等應(yīng)用要求。對輸出模塊，應(yīng)考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價(jià)格低、使用

49、電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時間較長等特點(diǎn)；可控硅輸出模塊適用于開關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負(fù)荷場合，但價(jià)格較貴，過載能力較差。</p><p><b>　　3、電源的選擇</b></p><p>　　一般PLC的供電電源應(yīng)設(shè)計(jì)選用220VAC電源，與國內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。重要的應(yīng)用場合，應(yīng)采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。如果PLC本身帶有可使用電源時，應(yīng)核對提供的電流是否滿足應(yīng)

50、用要求，否則應(yīng)設(shè)計(jì)外接供電電源。為防止外部高壓電源因誤操作而引入PLC，對輸入和輸出信號的隔離是必要的。</p><p><b>　　4、存儲器的選擇</b></p><p>　　為保證應(yīng)用項(xiàng)目的正常投運(yùn)，一般要求PLC的存儲器容量，按256個I/O點(diǎn)至少選8K存儲器選擇。需要復(fù)雜控制功能時，應(yīng)選擇容量更大，檔次更高的存儲器。</p><p>

51、<b>　　五、冗余功能的選擇</b></p><p><b>　　1、控制單元的冗余</b></p><p>　　重要的過程單元：CPU(包括存儲器)及電源均應(yīng)1比1冗余；在需要時也可選用PLC硬件與熱備軟件構(gòu)成的熱備冗余系統(tǒng)、2重化或3重化冗余容錯系統(tǒng)等。</p><p>　　2、 I/O接口單元的冗余</p&g

52、t;<p>　　控制回路的多點(diǎn)I/O卡應(yīng)冗余配置；重要監(jiān)測點(diǎn)的多點(diǎn)I/O卡可冗余配置；對重要的I/O信號，可選用2重化或3重化的I/O接口單元。</p><p><b>　　六、經(jīng)濟(jì)性的考慮</b></p><p>　　選擇PLC時，應(yīng)考慮性能價(jià)格比?？紤]經(jīng)濟(jì)性時，應(yīng)同時考慮應(yīng)用的可擴(kuò)展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進(jìn)行比較和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品

53、。輸入輸出點(diǎn)數(shù)對價(jià)格有直接影響。每增加一塊輸入輸出卡件就需增加一定的費(fèi)用。當(dāng)點(diǎn)數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲器容量、機(jī)架、母板等也要相應(yīng)增加，因此，點(diǎn)數(shù)的增加對CPU選用、存儲器容量、控制功能范圍等選擇都有影響。在估算和選用時應(yīng)充分考慮，使整個控制系統(tǒng)有較合理的性能價(jià)格比。</p><p>　　第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)介紹</p><p>　　一、三菱數(shù)控產(chǎn)品簡介 </p><

54、;p>　　三菱公司是國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，近幾年來，三菱電機(jī)公司加大了在中國大陸推廣CNC數(shù)控系統(tǒng)的力度。</p><p>　　數(shù)控機(jī)床的核心是控制器，三菱公司推出了高質(zhì)量、高性價(jià)比的CNC系統(tǒng)，它提供了豐富而先進(jìn)的功能。目前在中國市場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

55、年又推出了E68、M700等系列CNC數(shù)控系統(tǒng)。</p><p>　　二、三菱M64S數(shù)控系統(tǒng)簡介</p><p>　　1、數(shù)控加工中心結(jié)構(gòu)</p><p>　　數(shù)控加工中心的結(jié)構(gòu)框圖如圖1.5所示：</p><p>　　圖1.5 數(shù)控加工中心電氣組成結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　由圖1.5結(jié)構(gòu)框圖可知，加工中心電氣

56、組成分別由CNC數(shù)控系統(tǒng)，進(jìn)給伺服軸，主軸及其他軸電力電器、電機(jī)等組成。</p><p>　　2、三菱M64S數(shù)控系統(tǒng)規(guī)格</p><p>　　三菱M64S數(shù)控系統(tǒng)主要規(guī)格參數(shù)見下表1.1：</p><p>　　表1.1 三菱M64S數(shù)控系統(tǒng)主要規(guī)格</p><p>　　3.三菱M64S數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</p><p>

57、　　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)動單元、伺服電機(jī)、遠(yuǎn)程I/O單元、RS-232等設(shè)備組成，如圖所示：</p><p>　　圖1.6(a) 三菱M64S數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</p><p>　　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

58、簡化，如圖1.6（b）所示，每一個單元的安裝與連接在下面章節(jié)均有介紹。</p><p>　　圖 1.6（b） 三菱M64S數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</p><p>　　4、三菱M64S數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn)</p><p>　　（1）所有M64S系列控制器都標(biāo)準(zhǔn)配備了RISC 64 位CPU，具備目前世界上最高水準(zhǔn)的硬件性能。</p><p>　?。?）高速高精

59、度即能對應(yīng)，尤為適合模具加工。</p><p>　?。?）SSS（Super Smooth Surface）超高平滑表面控制，大幅改善模具加工精度及時間要求。</p><p>　?。?）標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)藏對應(yīng)全世界主要通用的12種多國語言操作界面。</p><p>　?。?）可對應(yīng)內(nèi)含以太網(wǎng)絡(luò)和IC卡界面，即使在程序運(yùn)轉(zhuǎn)中，所有內(nèi)藏資料都可以傳輸對立。</p>

60、<p>　?。?）坐標(biāo)顯示轉(zhuǎn)換可自由切換（程序值顯示或手動插入量顯示切換）</p><p>　　（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)測量功能。</p><p>　?。?）緩沖區(qū)修正機(jī)能擴(kuò)展，可對應(yīng)HPS/計(jì)算機(jī)鏈接B/DNC/記憶/MDI等模式。</p><p>　?。?）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

61、位置。</p><p>　?。?0）簡易式對話程序軟件。</p><p>　　（11）可對應(yīng)Windows操作環(huán)境的PLC開發(fā)軟件GX Developer。</p><p>　　（12）特殊G代碼和固定循環(huán)程序，如G12/13，G34/35/36，G37.1等。</p><p>　?。?3）新機(jī)能擴(kuò)展追加，根據(jù)市場，滿足客戶請求，詳細(xì)給營業(yè)單

62、位。</p><p><b>　　第四節(jié) 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹CNC數(shù)控系統(tǒng)的基本概念、組成和特點(diǎn)，經(jīng)過對PLC選型方法的介紹，我選擇了三菱M64S作為此次立式加工中心設(shè)計(jì)的中心部分，三菱M64S數(shù)控系統(tǒng)是目前比較先進(jìn)的控制系統(tǒng)，同時我也列出了三菱M64S的一些特點(diǎn)。對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。&

63、lt;/p><p>　　第二章 立式加工中心電氣原理圖設(shè)計(jì)</p><p>　　第一節(jié) 數(shù)控加工中心設(shè)計(jì)概述</p><p>　　數(shù)控加工中心擁有較為復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，它需要多個電機(jī)來完成其相應(yīng)的功能，比如：刀臂電機(jī)、刀庫電機(jī)、切削液電機(jī)、主軸冷卻液電機(jī)、排屑電機(jī)以及主軸和進(jìn)給軸的伺服電機(jī)等。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)來選擇的。在本次畢業(yè)設(shè)

64、計(jì)中是基于數(shù)控加工中心510來進(jìn)行的，所以進(jìn)給軸驅(qū)動使用MDS-B-SPJ2-37，進(jìn)給軸電機(jī)X、Y軸使用型號為HC152T-A47的伺服電機(jī)，Z軸使用型號為HC152BT-A47與其他兩進(jìn)給軸之間的區(qū)別在于有包閘功能,主軸驅(qū)動單元型號為MDS-B-SPJ2-37，主軸電機(jī)型號SJ-PF3.7-01。</p><p>　　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FCA

65、65S、監(jiān)控單元FCU6-DUN33+KB20/KB30、基本I/O單元FCU6-DX451、手輪HD-60。通過他們之間的共同作用可以控制加工中心各個運(yùn)動部件和加工部件。</p><p>　　加工中心的電氣控制設(shè)計(jì)如圖2.1所示，共有以下幾個部分組成，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，它是整個數(shù)控系統(tǒng)的核心，是對數(shù)據(jù)進(jìn)行操作和運(yùn)算，并輸出相關(guān)命令等。顯示單元主要是顯示

66、有關(guān)信息，以便人機(jī)交互。基本I\O單元主要是NC系統(tǒng)與操作面板機(jī)床纖維開關(guān)，指示燈等之間信號的傳輸。其內(nèi)部軟件設(shè)計(jì)主要是PLC程序和各個NC參數(shù)的設(shè)定。</p><p>　　加工中心電氣總框圖如下：</p><p>　　圖2.1 加工中心電氣圖</p><p>　　第二節(jié) 數(shù)控加工中心主回路/電氣控制回路</p><p>　　一、主回

67、路/電氣控制回路簡述</p><p>　　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)，同時電機(jī)要接地。</p><p>　　電氣控制回路部分控制電壓220V由電源直接供電。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、刀臂電路及照明電路。其中伺服電源控制回路與NC電源是分開控制。照明24V電源通過變壓器

68、提供。</p><p>　　二、主回路/電氣控制回路圖</p><p><b>　　1、主電路</b></p><p>　　如圖2.2為數(shù)控加工中心主回路，圖中的幾個電機(jī)為三相交流異步電機(jī)額定電壓是380V，是依照數(shù)控加工中心510的機(jī)械結(jié)構(gòu)選擇的，在伺服部分，由于在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中選用的驅(qū)動以及進(jìn)給電機(jī)和主軸電機(jī)是日本三菱公司生產(chǎn)的，所以其額定

69、電壓為三相220V交流，故需要加變壓器來獲得相應(yīng)的電壓，變壓器的功率最小值為伺服強(qiáng)電部分中各電器功率之和的1.2倍。如圖2.2 所示：</p><p><b>　　圖2.2 主電路</b></p><p>　　2、電氣控制單元回路及電路總圖</p><p>　　如圖2.3所示，是電氣控制電路，也就是說在加工中心要完成的各項(xiàng)動作都是PLC的輸出

70、與這個電路相聯(lián)系才能實(shí)現(xiàn)的，圖中的PLC輸出地址單元為Y28、Y12、YA、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，通過控制面板上的輸入觸點(diǎn)的信號輸入來控制對應(yīng)的輸出。例如：刀庫正轉(zhuǎn)信號Y2D，當(dāng)其有信號輸出時，其下面所連接的繼電器線圈KA4通電且二極管作為指示燈發(fā)光，圖2.3中繼電器的常開觸點(diǎn)閉合，接觸器線圈KM4通電，所以主電路（圖2.2）中接觸器KM4主觸點(diǎn)接通刀庫電機(jī)正轉(zhuǎn)，其他原理相同

71、。</p><p>　　在數(shù)控加工中心中，三個進(jìn)給軸由于機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制，一定要有相應(yīng)的限位開關(guān)，每個軸在正負(fù)方向上都是需要的，所以在這里我有限位開關(guān)SQX-1、SQX-2、SQY-1、SQY-2、SQZ-1、SQZ-2來表示，當(dāng)加工中心運(yùn)行范圍超過這幾個限位開關(guān)時，其常閉開關(guān)打開，繼電器KA9線圈停止通電，其常開觸點(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

72、。</p><p>　　圖2.3 電氣控制單元回路</p><p>　　圖2.4 電路總圖</p><p><b>　　第三節(jié) 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章著重介紹了加工中心機(jī)械部分包括電機(jī)等電氣設(shè)備連接圖的設(shè)計(jì)，同時也設(shè)計(jì)了電氣控制回路和主電路圖。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

73、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)對這部分的設(shè)計(jì)。</p><p>　　第三章 數(shù)控加工中心PLC控制程序設(shè)計(jì)</p><p>　　第一節(jié) 三菱數(shù)控系統(tǒng)軟件配置</p><p><b>　　一、信號流程簡述</b></p><p>　　為了更全面的了解三

74、菱數(shù)控系統(tǒng)如何的運(yùn)作，我們需要對其內(nèi)部的信號流程有整體的認(rèn)識。從信號流程圖可以看出，一臺數(shù)控加工中心內(nèi)部信號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)。其中控制器與 PLC之間的信號是數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部規(guī)定的，不提供開發(fā)，控制器向PLC輸入X信號(X180之后的信號)，用于系統(tǒng)向PLC輸入執(zhí)行命令，PLC向控制器輸出Y信號(Y180之后的信號)，要具體應(yīng)用得通過查閱PLC接口手冊；機(jī)器/機(jī)器操作面板與可

75、編程邏輯控制器的信號只有X、Y信號，即一些開關(guān)量的輸入輸出信號，這些信號要通過工程人員的開發(fā)實(shí)現(xiàn)某種功能，控制器與機(jī)器/機(jī)器操作面板之間不存在直接的信號交換。</p><p><b>　　二、信號流程圖</b></p><p>　　信號流程圖是根據(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3.1所示：</p>&l

76、t;p>　　圖3.1 信號流程圖</p><p>　　第二節(jié) 數(shù)控加工中心輸入輸出信號地址</p><p>　　三菱M64S數(shù)控系統(tǒng)的輸入輸出的硬件有基本I/O單元、遠(yuǎn)程I/O單元。三菱M64S數(shù)控系統(tǒng)提供給工程技術(shù)人員開發(fā)的最大數(shù)字輸入信號256個，最大數(shù)字輸出信號240個，包括基本I/O單元和遠(yuǎn)程I/O單元。要作說明的是PLC開關(guān)，我們在屏幕上可以設(shè)定32個PLC開關(guān)并

77、執(zhí)行開/關(guān)操作。這些開關(guān)可以作為機(jī)床操作開關(guān)的一部分，其用途可以由PLC程序自由定義，每個開關(guān)的名稱可以隨PLC確定并顯示在屏幕畫面上。</p><p>　　在設(shè)計(jì)中我所使用的控制面板如圖3.2所示：</p><p>　　圖3.2 控制面板</p><p>　　至于CNC到PLC的信號和PLC到CNC的信號，由于信號都是固定，工程人員一般是不可以開發(fā)的。通過查閱

78、三菱數(shù)控系統(tǒng)PLC手冊即可。我將控制面板上的一些輸入信號地址規(guī)定如下表。</p><p>　　表3.1 HR337 INPUT DI1 （操作面板信號）</p><p>　　注：機(jī)床鎖定通過接通“機(jī)床鎖定”信號加到所有軸</p><p>　　表3.2 HR337 INPUT DI2 (機(jī)床輸入信號)</p><p>　　注：行程極限的

79、地址基本固定</p><p>　　表3.3 OUTPUT HR3337(操作面板信號)</p><p>　　表3.4 OUTPUT HR337(操作面板信號)</p><p>　　第三節(jié) 數(shù)控加工中心PLC控制程序設(shè)計(jì)步驟</p><p>　　梯形圖程序的設(shè)計(jì)是本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，在整個開發(fā)工程中，我是按照以下步驟完成PLC程序設(shè)

80、計(jì)的：</p><p>　　表3.5 三菱數(shù)控編程步驟：</p><p>　　第四節(jié) 數(shù)控加工中心PLC控制程序說明</p><p>　　一、加工中心方式選擇</p><p>　　在操作面板上是用扭轉(zhuǎn)開關(guān)來控制加工中心的工作方式的，來自控制面板輸入量MODE SELECT(A)、MODE SELECT(F)、MODE SELECT(B)

81、，在控制面板內(nèi)部規(guī)定與此對應(yīng)的輸入量地址為X0、X1、X2，PLC輸出信號地址從PLC接口手冊中查得，見表3.6 所示：</p><p>　　表3.6 方式選擇列表</p><p>　　由于各個工作方式之間不能同時出現(xiàn)，如若不然可能會出現(xiàn)安全事故，故在編程時需要進(jìn)行互鎖。梯形圖如圖3.3所示：</p><p>　　圖3.3 方式選擇梯形圖</p>

82、<p>　　二、加工中心定時器程序</p><p>　　在數(shù)控加工中心中會需要很多指示燈的出現(xiàn)即完成指令時指示燈亮，但在有些指令執(zhí)行中需要一定的時間才能完成，比如刀具在回原點(diǎn)過程當(dāng)中，需要一定的移動時間，而在移動過程中則需要指示燈閃爍來告訴操作者此時加工中心的工作狀態(tài)，在本次設(shè)計(jì)中我是采用定時器來完成這一功能的，共使用了六個定時器來滿足加工中心的需要分別為T16、T17、T18、T19、T20、T21

83、，梯形圖如圖3.4所示：</p><p>　　圖3.4 定時器梯形</p><p>　　三、進(jìn)給軸工作狀態(tài)選擇</p><p>　　在數(shù)控加工中心中進(jìn)給軸有三個即X、Y、Z軸，在數(shù)控系統(tǒng)中地址Y188-Y18A分別代表第一、二、三軸有效，置“1”為伺服斷開即伺服電機(jī)保持靜止，在操作面板上分別由相應(yīng)的按鈕來控制各個軸的運(yùn)動，其輸入地址是自行編訂的，見下表。</

84、p><p><b>　　表3.7</b></p><p>　　由于各個進(jìn)給軸的運(yùn)動在很多時候都會用到，比如：回原點(diǎn)的（ZRN方式）或自動方式，所以在本次設(shè)計(jì)中采用中間繼電器來表示進(jìn)給軸的運(yùn)動以便在各種需要的程序段中可以方便的使用，梯形圖如圖3.5所示：</p><p>　　圖3.5 進(jìn)給軸狀態(tài)選擇梯形圖</p><p>　

85、　四、加工中心進(jìn)給軸運(yùn)動方向指示燈程序</p><p>　　在加工中心工作時，各個進(jìn)給軸自然需要在正負(fù)方向移動，為了能夠更明顯的顯示出各種狀態(tài)，我在設(shè)計(jì)中引進(jìn)了指示燈，為了區(qū)分指令執(zhí)行過程中和指令執(zhí)行結(jié)束，我們需要通過指示燈來區(qū)分。例如：當(dāng)軸返回原點(diǎn)時，在到達(dá)終點(diǎn)之前要相應(yīng)的指示燈閃爍，等到達(dá)終點(diǎn)之后指示燈常亮，程序如圖4.6所示：</p><p>　　圖3.6 回原點(diǎn)指示燈程序</

86、p><p>　　五、加工中心手輪選擇及其倍率設(shè)定</p><p>　　在此程序中，PLC地址主要來自控制面板提供的RAPID TRAVERSE(A)、RAPID TRAVERSE(F)，與其對應(yīng)的輸入量地址為X3、X4。在三菱數(shù)控系統(tǒng)中，可使用兩個手輪，在本設(shè)計(jì)中只采用一個即第一手輪有效，PLC輸出地址為Y24F，而X1E1表示加工中心為JOG方式，當(dāng)其置“1”時，第一手輪（Y24F）有效。&

87、lt;/p><p>　　手輪倍率的選擇有兩種方法，它們?nèi)Q于元件Y2C7的狀態(tài)，當(dāng)其接入時采用文件寄存器相乘法，當(dāng)其斷開時為代碼進(jìn)給相乘法，這種方法有一定的局限性，即在MP1、MP2、MP4乘法碼中的倍率是固定的，但由于本次設(shè)計(jì)采用的控制面板是固定的，所以在此選擇前一種方法，通過X3和X4的二進(jìn)制組合來選通倍率選擇的中間寄存器，接著是將所需的倍率基數(shù)傳入文件寄存器R140中，梯形圖如圖3.7所示：</p>

88、<p>　　圖3.7 手輪選通和倍率選擇梯形圖</p><p>　　六、加工中心主軸倍率選定程序</p><p>　　在這一部分程序中，我們的PLC地址主要來自于控制面板中的提供的輸入量SPINDL OVERRIDE（A）、SPINDL OVERRIDE（F）、SPINDL OVERRIDE（B），與此對應(yīng)的輸入量地址為X5、X6、X7。在三菱PLC接口手冊中規(guī)定主軸倍率

89、選定信號為SPS，元件地址為Y28F。SPS信號有兩種設(shè)定方法，一種是當(dāng)常開時，它是用代碼法來實(shí)現(xiàn)調(diào)速的，當(dāng)常閉時，它是用文件寄存器法來控制的。在這里我們是用的文件寄存器法。這種倍率選擇法與代碼法比起來主要的好處是倍率可以在0%～200%范圍之間，增量為1%。它將倍率值用二進(jìn)位碼存入文件寄存器R148中的。圖3.8為主軸倍率選定方法PLC程序梯形圖</p><p>　　在圖中，可以看出數(shù)控系統(tǒng)中用X5、X6、X7

90、的通斷組合排列來實(shí)現(xiàn)主軸的調(diào)速控制，其中它的倍率是直接送到寄存器R148中的，實(shí)現(xiàn)的語句為MOV k* R148 ，其中的“*”號為倍率，在語句的實(shí)現(xiàn)中只要將要輸入的倍率直接代替*即可：</p><p>　　圖3.8 主軸倍率選定方法PLC程序梯形圖</p><p>　　七、M功能指令的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　M代碼是由PLC及NC的處理，來決定機(jī)臺的動作，現(xiàn)以

91、M碼功能表來舉例如下:</p><p><b>　　表3.8</b></p><p>　　M代碼需要PLC輸入信號X230-X233來選通，它是由NC給與的輸入信號，這個信號表示，第一組MD代碼是根據(jù)自動操作（存儲器、MDI、紙帶）加工程序或手動數(shù)字命令輸入來接受命令。下面以主軸正、反轉(zhuǎn)和主軸停止來說明其相應(yīng)的梯形圖，如圖3.9所示：</p><p

92、>　　圖3.9 M代碼的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　第五節(jié) 本章小結(jié)</p><p>　　本章重點(diǎn)研究數(shù)控加工中心軟件編程、數(shù)控系統(tǒng)輸入/輸出信號，并對系統(tǒng)的軟件資源配置作簡單介紹。數(shù)控加工中心能夠完成加工所需要的各項(xiàng)功能，除了需要機(jī)床本體硬件外，還需要軟件程序的支持，軟件程序就是機(jī)床各部件運(yùn)動指令，經(jīng)過研究分析，我設(shè)計(jì)了數(shù)控加工中心PLC控制程序。</p><

93、;p>　　第四章 M64S數(shù)控系統(tǒng)仿真</p><p>　　第一節(jié) GX Developer軟件使用說明</p><p>　　三菱公司提供的編程軟件——GX Developer（PLC設(shè)計(jì)維護(hù)工具）是三菱電機(jī)的MELDAS系列可編程邏輯控制器設(shè)計(jì)的編程軟件包，通過執(zhí)行與MELDAS系列所執(zhí)行的類似操作，它能夠完成Q系列、A系列（包括運(yùn)動控制CPU）、FX系列PLC梯形圖、指令表

94、、SFC等的編輯。能夠靈活對應(yīng)各種語言、大幅度提高了編程效率。</p><p>　　一、GX Developer軟件的安裝</p><p>　　在PC上安裝此軟件，建議使用Version 4（SW4D5C_GPPW）或最新的版本。這里以最新的GX Developer Version 8.0中文版安裝步驟說明：</p><p>　　（1）打開 \GXDeveloper

95、8.0\EnvMEL 文件夾，雙擊 setup 圖標(biāo)，安裝 GX Developer V8.03 運(yùn)行環(huán)境。</p><p>　　（2）（當(dāng)操作系統(tǒng)版本為Windows 98或以上時，需執(zhí)行此步驟，否則直接執(zhí)行第3步。）返回 \ GXDeveloper8.0 文件夾，打開 \Update 文件夾，雙擊 Axdist 圖標(biāo)，進(jìn)行升級。</p><p>　?。?）返回 \ GXDevelope

96、r8.0 文件夾，雙擊 setup 圖標(biāo)，按提示安裝GX Developer Version 8.0。</p><p>　　（4）等待安裝，結(jié)束后單擊 finish 即可完成安裝。</p><p>　　二、GX Developer軟件的開啟步驟與設(shè)定</p><p>　?。?）點(diǎn)擊安裝好的GX Developer軟件應(yīng)用程序圖標(biāo)</p><p&g

97、t;　　（2）打開一個新文檔：Project—New Project</p><p>　　PLC series中選擇“QnACPU”</p><p>　　PLC Type中選擇“Q4A”</p><p><b>　　按下“OK”即可</b></p><p>　?。?）測試是否在通訊狀態(tài)：Online--Transfer

98、Setup</p><p>　　Serials中選擇“COM1（根據(jù)實(shí)際計(jì)算機(jī)中使用的為準(zhǔn)）”，傳輸速度選擇19.2Kbps。</p><p>　　PLC Module中確定為 “QnACPU” 類型</p><p>　　按下“Connection Test”，當(dāng)測試成功會出現(xiàn)提示對話框；若不成功，請仔細(xì)檢查PC機(jī)與NC的設(shè)定情況。</p><p

99、>　　三、GX Developer軟件的編程操作說明</p><p>　　在新建一個GX Developer工程時，要選擇“PLC系列”，“PLC類型”，“程序類型”后單擊“確定”即可。如果選擇“設(shè)置工程名”，即可將工程名輸入后，就可將指定的文件保存在此工程中，如圖4.1所示：</p><p>　　圖4.1 新建工程界面</p><p>　　如圖4.1所示為

100、GX Developer編程軟件的操作界面，該操作界面大致由下拉菜單、工具條、編程區(qū)、工程數(shù)據(jù)列表、狀態(tài)條等組成。與FX-GP/WIN-C編程軟件的操作界面相比，該軟件取消了功能圖、功能鍵、并將這兩部分合并，作為梯形圖標(biāo)記工具條，新增加了工程參數(shù)列表、數(shù)據(jù)切換工具條、注釋工具列表等，這樣直觀的操作界面使操作更加簡便。</p><p>　　圖4.2 GX Developer編程軟件操作界面</p>

101、<p>　　圖4.2 GX Developer編程軟件操作界面中引出線所指示的名稱、內(nèi)容說明如表4.1所示：</p><p><b>　　表4.1</b></p><p>　　第二節(jié) PLC程序的仿真</p><p>　　將編寫好的PLC程序輸入到GX Developer編程軟件中，利用相對應(yīng)的仿真軟件對PLC程序進(jìn)行仿真。<

102、;/p><p>　　一、PLC控制程序的傳輸</p><p>　　1、讀出NC中的梯形圖步驟如下：</p><p>　　打開Online—Read from PLC</p><p>　　按下“Remote operation”打開對話框，選擇PLC“Stop”，將PLC停止。然后按下“Execute”在需要讀出的梯形圖、注釋等前面方框內(nèi)打√，按下

103、“Execute”即可讀出NC中梯形圖。保存梯形圖：Project—Save as，選擇保存文件名和路徑，按下“Save”即可</p><p>　　2、將梯形圖寫入NC中步驟如下：</p><p>　　打開編譯好的梯形圖：Project—Open Project，瀏覽文件夾，選擇文件后，按下“Open”，打開Online—Write to PLC，按下“Remote operation”打

104、開對話框，選擇PLC“Stop”，將PLC停止。然后按下“Execute”，按下“Format PLC memory”打開對話框，默認(rèn)選項(xiàng)，然后按下“Execute”，將NC中原有的梯形圖格式化。在需要寫入的梯形圖、注釋等前面方框內(nèi)打√，按下“Execute”即可讀出NC中梯形圖。</p><p>　　讀取NC中的梯形圖：將NC參數(shù)#6451 bit5設(shè)為“0”，這樣就能夠在NC屏幕上顯示梯形圖。</p&g

105、t;<p>　　注：1)一個梯形圖文件包括7個文件與4個文件夾，請完整保存</p><p>　　2)NC中只能存儲一個PLC梯形圖程序，若沒有格式化，新寫入的將覆蓋原來的梯形圖</p><p><b>　　二、仿真結(jié)果</b></p><p><b>　　1、程序檢查</b></p><p

106、>　　使用程序檢查按鈕對PLC程序進(jìn)行檢查，檢查結(jié)果如圖4.3：</p><p>　　圖4.3 程序檢查結(jié)果</p><p><b>　　2、仿真結(jié)果</b></p><p>　　當(dāng)程序檢查沒有錯誤后，可以使用梯形圖邏輯測試功能，仿真結(jié)果如圖4.4：</p><p><b>　　圖4.4 仿真結(jié)果<

107、/b></p><p>　　由此圖可知此PLC程序完全正確，從圖上可以看出程序運(yùn)行良好。</p><p><b>　　第三節(jié) 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要涉及利用GX Developer軟件進(jìn)行PLC程序的編寫和仿真，在仿真時我們必須先確認(rèn)PLC程序是否正確，在PLC程序正確以后才可以開始仿真，仿真結(jié)果顯示我們設(shè)計(jì)的P

108、LC程序可以達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。同時我也簡要介紹了GX Developer軟件的安裝和使用方法。 </p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　本論文是基于立式加工中心數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，涉及對加工中心機(jī)械傳動運(yùn)動、強(qiáng)弱電氣控制、嵌入式系統(tǒng)、PLC可編程邏輯控制、通訊、軟件編程等多方面知識的綜合應(yīng)用，需要機(jī)械、電氣、氣動、液壓、軟件等方面的綜合有機(jī)配合，

109、方可一一實(shí)現(xiàn)加工中心的各項(xiàng)功能，集中地充分地體現(xiàn)了千差萬別的零件加工程序NC代碼可在立式加工中心中完成其加工的靈活可編程特點(diǎn)。本文在一一了解加工中心的各項(xiàng)功能后，在選用相應(yīng)的PLC的基礎(chǔ)之上，設(shè)計(jì)了立式加工中心數(shù)控系統(tǒng)的外圍硬件電路和PLC的I/O分配表，并利用三菱公司的開發(fā)工具，編制了PLC的梯形控制程序，經(jīng)仿真測試，基本達(dá)到預(yù)期目的。本論文主要側(cè)重于軟件設(shè)計(jì)，適當(dāng)兼顧硬件設(shè)計(jì)。</p><p>　　光陰似劍，

110、一眨眼間的功夫，大學(xué)四年就快要畢業(yè)了，在這大學(xué)最后一個學(xué)期中我有必要給自己總結(jié)一下我的畢業(yè)設(shè)計(jì)。</p><p>　　在畢業(yè)設(shè)計(jì)開始的那一周，我做的主要工作是熟悉課題，我的課題是基于立式加工中心的數(shù)控設(shè)計(jì)。經(jīng)過查找資料，了解大概內(nèi)容后，我知道了我的畢業(yè)設(shè)計(jì)主要的任務(wù)：首先要了解數(shù)控加工中心機(jī)床的邏輯動作，了解加工中心電氣、機(jī)械方面的構(gòu)成，同時了解CNC的選型、根據(jù)任務(wù)需要設(shè)計(jì)機(jī)床操作面板；然后，對電氣各部分進(jìn)行設(shè)

111、計(jì)，完成整個加工中心的設(shè)計(jì)，畫出主電路圖、控制電路圖、電氣控制單元回路圖；最后，對PLC進(jìn)行選型，編輯PLC程序以及仿真。在明確了我的畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)后，我開始了借閱資料，并于這一周開始寫開題報(bào)告。</p><p>　　由于本人考研復(fù)試，所以在開學(xué)后的前幾周忙于復(fù)試。在復(fù)試結(jié)束后，我抓緊時間查看相關(guān)資料，并且也在網(wǎng)上搜索相關(guān)文獻(xiàn)，很無賴，我本次的題目在網(wǎng)上基本上沒有資料。經(jīng)過一翻努力后，我決定使用三菱M64S數(shù)控系統(tǒng)

112、作為此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)。在指導(dǎo)老師的幫助下，我就開始繪制電路圖，同時查閱相關(guān)的資料。</p><p>　　畫電路圖是一個工作量很大的工作，我大概花了15天時間才把初稿決定下來，后面經(jīng)過老師的指導(dǎo)才把電路圖定下來了。接下來的時間我就開始認(rèn)真編寫PLC控制程序，了解加工中心的面板以及操作方法，在這一段時間里，就知識方面來說我最大的收獲就是系統(tǒng)的了解了數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，以前所學(xué)的理論知識得以運(yùn)用，這一次系統(tǒng)的運(yùn)用中，