基于立式加工中心的數(shù)控設(shè)計畢業(yè)設(shè)計論文

1、畢業(yè)設(shè)計（論文）設(shè)計（論文）題目： 基于立式加工中心的數(shù)控設(shè)計摘 要數(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現(xiàn)多工種加工已經(jīng)成為現(xiàn)代機械制造業(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開發(fā)工具進行了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)計的難點，分別在第三章和第四章。

2、【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 abstract in todays 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 meet the needs of machining accuracy regardless of the structu

3、re 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 m64s nc system for the processing center, i introduced processing center structure, nc system specifications, and plc selection, then use re

4、lative materials of mitsubishi m64s numerical control system to design vertical machining centers main circuit, controlling circuit and private servers circuit. and design corresponding plc procedure simultaneously. finally, we use dx-developer to edit plc and emulate. in this paper, i write it in t

5、wo parts: the hardware circuits and plc programs. and plc program includes procedures for the preparation and simulation, which is the most important part of this thesis. whats more, plc control program is one difficult part of this research, and it is discussed in chapter iii and iv respectively.【k

6、eywords】 m64s numerical control system machining centre control program circuitry目 錄前 言1第一章 cnc數(shù)控系統(tǒng)概述2第一節(jié) cnc數(shù)控系統(tǒng)相關(guān)介紹2一、cnc數(shù)控基本概念2二、數(shù)控系統(tǒng)的組成3三、數(shù)控加工中心的優(yōu)缺點4四、數(shù)控技術(shù)發(fā)展回顧及未來發(fā)展趨勢5第二節(jié) plc的選型6一、輸入輸出（i/o）點數(shù)的估算6二、存儲器容量的估算6三、控制功能的選擇6四、機型的選擇8五、冗余功能的選擇9六、經(jīng)濟性的考慮9第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)介紹9一、三菱數(shù)控產(chǎn)品簡介9二、三菱m64s數(shù)控系統(tǒng)簡介10第四節(jié) 本章小結(jié)13第二章 立

7、式加工中心電氣原理圖設(shè)計14第一節(jié) 數(shù)控加工中心設(shè)計概述14第二節(jié) 數(shù)控加工中心主回路/電氣控制回路16一、主回路/電氣控制回路簡述16二、主回路/電氣控制回路圖16第三節(jié) 本章小結(jié)19第三章 數(shù)控加工中心plc控制程序設(shè)計20第一節(jié) 三菱數(shù)控系統(tǒng)軟件配置20一、信號流程簡述20二、信號流程圖20第二節(jié) 數(shù)控加工中心輸入輸出信號地址22第三節(jié) 數(shù)控加工中心plc控制程序設(shè)計步驟27第四節(jié) 數(shù)控加工中心plc控制程序說明28一、加工中心方式選擇28二、加工中心定時器程序32三、進給軸工作狀態(tài)選擇33四、加工中心進給軸運動方向指示燈程序34五、加工中心手輪選擇及其倍率設(shè)定35第五節(jié) 本章小結(jié)40第

8、四章 m64s數(shù)控系統(tǒng)仿真41第一節(jié) gx developer軟件使用說明41一、gx developer軟件的安裝41二、gx developer軟件的開啟步驟與設(shè)定41三、gx developer軟件的編程操作說明42第二節(jié) plc程序的仿真44一、plc控制程序的傳輸44二、仿真結(jié)果44第三節(jié) 本章小結(jié)46結(jié) 論47致 謝49參 考 文 獻(xiàn)50附錄51一、英語資料原文51二、英語原文翻譯59前 言 數(shù)控系統(tǒng)是現(xiàn)代制造系統(tǒng)的重要支柱之一，然而數(shù)控機床又是現(xiàn)代機械制造技術(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p

9、lc選型的方法。近年來由于數(shù)控機床的快速發(fā)展，國外交直流系統(tǒng)數(shù)字化已經(jīng)達(dá)到實用階段。當(dāng)今的計算機行業(yè)高速發(fā)展，并且計算機行業(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，這樣可以直接實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，大大提高了控制器的能力，因此，在其機械行業(yè)獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。第一章 cnc數(shù)控系統(tǒng)概述第一節(jié) cnc數(shù)控系統(tǒng)相關(guān)介紹一、cnc數(shù)控基本概念1、數(shù)控技術(shù)數(shù)控技術(shù)是利用數(shù)字化的信息對機床運動及加工過程進行控制的一種方法。是指用數(shù)字、文字和符號組成的數(shù)字指令來實現(xiàn)一臺或多臺機械設(shè)備動作控制的技術(shù)。它所控制的通常是位置、角度、速度等機械量和與

10、機械能量有關(guān)的開關(guān)量。數(shù)控的產(chǎn)生依賴于數(shù)據(jù)載體和二進制形式數(shù)據(jù)運算的出現(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)院進行了數(shù)據(jù)快速運算和傳輸，奠定了現(xiàn)代計算機，包括計算機數(shù)字控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)是與機床控制密切結(jié)合發(fā)展起來的，1952年，第一臺數(shù)控機床問世，成為世界機械工業(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)也叫計算機數(shù)控技術(shù)，目前它是采用計算機實現(xiàn)數(shù)字程序控制的技術(shù)。這種技術(shù)用計算機按事先存貯的控制程序來執(zhí)行對設(shè)備的控制功能。由于采用計算機替代原先用硬件邏輯電路組成的數(shù)控

11、裝置，使輸入數(shù)據(jù)的存貯、處理、運算、邏輯判斷等各種控制機能的實現(xiàn)，均可以通過計算機軟件來完成。2、數(shù)控系統(tǒng)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)動器及進給裝置等部分。從廣義上講，是指利用數(shù)字化信息實行控制，也是利用數(shù)字控制技術(shù)實現(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)字化信息對機床軌跡和狀態(tài)實行控制，例如數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控線切割機床、數(shù)控加工中心等。隨著自動控制理論、電子技術(shù)、計算機技術(shù)、精密測量技術(shù)和機械制造技術(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

12、速發(fā)展。3、數(shù)控機床數(shù)控系統(tǒng)與被控機床本體的結(jié)合體稱為數(shù)控機床。國際信息處理聯(lián)盟（international federation of information processing）第五技術(shù)委員會對數(shù)控機床做出如下定義：數(shù)控機床是一個裝有程序控制系統(tǒng)的機床，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)控機床是一種采用計算機，利用數(shù)字信息進行控制的高效、能夠進行自動化加工的機床，它能夠按照機床規(guī)定的數(shù)字化代碼，把各種機械位移量、工藝參數(shù)、輔助功能表示出來，經(jīng)過數(shù)控系統(tǒng)的邏輯處理和運算，發(fā)出各種控制指令，實現(xiàn)要求的機械動作，自動完成零件加工任務(wù)。所以，數(shù)控機床是一種靈

13、活性很強、技術(shù)密集型及自動化程度很高的機電一體化加工設(shè)備。二、數(shù)控系統(tǒng)的組成數(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）、機床電器邏輯控制裝置所組成，機床本體為被控對象，它的結(jié)構(gòu)框圖如圖1.1所示：1、輸入裝置/輸出裝置圖1.1 數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 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行觀察?，F(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。2、數(shù)控裝置數(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)果進行各種數(shù)據(jù)計算和邏輯判斷處理，完成各種輸入、輸出任務(wù)

14、。其形式可以是由數(shù)字邏輯電路構(gòu)成的專用硬件數(shù)控裝置或計算機數(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現(xiàn)；后者稱為cnc裝置，其數(shù)控功能有硬件和軟件共同實現(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；另一類是離散的開關(guān)控制量，送往機床電器邏輯控制裝置。3、伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)(驅(qū)動控制單元)位于數(shù)控裝置和機床本體之間，包括進給軸伺服驅(qū)動裝置和主軸伺服驅(qū)動裝置。進給軸伺服驅(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)動機床受控部件的移動。主軸驅(qū)動裝置主要由速度控制

15、單元組成。4、機床電器控制裝置機床電器控制裝置位于數(shù)控裝置和機床之間，接受數(shù)控裝置發(fā)出的開關(guān)命令，主要完成機床主軸選速、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)。根據(jù)不同的加工方式，機床本體可以是車床、銑床、鉆床、磨床、鏜床、加工中心及電加工機床等。與傳統(tǒng)的普通機床相比，數(shù)控機床本體的外部造型、整體布局、傳動系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)及操作機構(gòu)等方面都應(yīng)該符合數(shù)控的要求。數(shù)控機床還配有各種輔助裝置，其作用是配合機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

16、、潤滑裝置及輔助主機實現(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)控機床技術(shù)現(xiàn)狀看，至少還有五類輔助裝置是數(shù)控機床應(yīng)該配備的：對刀儀、自動編程機、自動排屑機、物料儲運及上下料裝置和交流穩(wěn)壓電源。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，稱為獨立型plc；也可以與數(shù)控裝置合為一體，稱為內(nèi)裝型plc。三、數(shù)控加工中心的優(yōu)缺點數(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，而且

17、它的優(yōu)點是無可取代的。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。四、數(shù)控技術(shù)發(fā)展回顧及未來發(fā)展趨勢1、數(shù)控（nc）階段（1952-1970年）早期的計算機運算速度低，這對當(dāng)時的科學(xué)計算和數(shù)據(jù)處理影響不大，但不能適應(yīng)機床實時控制的要求。于是，人們不得不采用數(shù)字邏輯控制電路，組成機床專用計算機。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年的第一代 電子管計算機組成的數(shù)控裝置；1959年的第二代 晶體管計算機組成

18、的數(shù)控裝置；1965年的第三代 小規(guī)模的集成電路計算機組成的數(shù)控裝置。2、計算機數(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算機。此時的小型計算機，其運算速度比以往的計算機有了大幅度的提高，比專用計算機成本低、可靠性提高。于是，小型計算機作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，數(shù)控機床進入了計算機數(shù)控（cnc）階段。1971年，美國intel公司在世界上的第一次將計算機的兩個核心的部件運算器和控制器，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)。雖

19、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。由于微處理器是計算機的核心部件，故此時的數(shù)控系統(tǒng)仍然成為計算機數(shù)控。到了1990年，pc機的性能已發(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機的生產(chǎn)批量很大，軟件資源豐富，價格便宜，可靠性高，數(shù)控系統(tǒng)從此進入基于pc的階段。3、未來的發(fā)展當(dāng)今的計算機業(yè)的高速發(fā)展，并且計算機業(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?？刂破鬟€將采用開放式的系統(tǒng)構(gòu)架，這樣

20、數(shù)控機床也可以像今日的計算機業(yè)一樣，用戶可以根據(jù)需要自行對數(shù)控機床的軟、硬件進行配置，這樣數(shù)控機床的功能提升了，價格降低了。同時數(shù)控機床還向小型化發(fā)展。總之，計算機數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代。即1970年的第四代小型計算機數(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) 。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，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展和普及經(jīng)過了近30年。第二

21、節(jié) plc的選型隨著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)濟指標(biāo)有著重要意義。plc的選擇主要應(yīng)從plc的機型、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。一、輸入輸出（i/o）點數(shù)的估算i/o 點數(shù)估算時應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加10%20%的可擴展余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。實際訂貨時，還需根據(jù)制造廠商plc的產(chǎn)品特點，對輸入輸出點數(shù)進行調(diào)整。二、存儲器容量的估算存儲器

22、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 點數(shù)的1015倍，加上模擬i/o 點數(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。三、控制功能的選擇該選擇包括運算功能、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。1、運算功能簡單plc的運算功能包括邏輯運算、計時和計數(shù)功能；普通plc的運算功能還包括數(shù)據(jù)移位、比較等運算功能；較復(fù)

23、雜運算功能有代數(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送等；大型plc中還有模擬量的pid運算和其他高級運算功能。大多數(shù)應(yīng)用場合，只需要邏輯運算和計時計數(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)運算，數(shù)值轉(zhuǎn)換和pid運算等。要顯示數(shù)據(jù)時需要譯碼和編碼等運算。2、控制功能控制功能包括pid控制運算、前饋補償控制運算、比值控制運算等，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。3、通信功能大中型plc系統(tǒng)應(yīng)支持多種現(xiàn)場總線和標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議。pl

24、c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)滿足裝置實際要求。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)組成的實際需要，應(yīng)選擇具有不同通信功能的（如點對點、現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)）通信處理器。4、編程功能離線編程方式：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)備進行控制。完成編程后，編程器切換到運行模式，cpu對現(xiàn)場設(shè)備進行控制，不能進行編程。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cpu負(fù)責(zé)現(xiàn)場控

25、制，并在一個掃描周期內(nèi)與編程器進行數(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，下一掃描周期，主機就根據(jù)新收到的程序運行。這種方式成本較高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便，在大中型plc中常采用。5、診斷功能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行診斷是外診斷。6、處理速度plc采用掃描方式工作。從實時性要求來看，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

26、程序的長度、cpu處理速度、軟件質(zhì)量等有關(guān)。四、機型的選擇1、 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數(shù)選型。 整體型plc的i/o點數(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點數(shù)，功能擴展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。2、 輸入輸出模塊的選擇 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

27、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格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時間較長等特點；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，但價格較貴，過載能力較差。3、電源的選擇 一般plc的供電電源應(yīng)設(shè)計選用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)用要求，否則應(yīng)設(shè)計外接供電電源。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。4、存儲器的選擇為保證應(yīng)用項目的正常投運，一般要求plc的存儲器容量，按256個i/o點至少選

28、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。五、冗余功能的選擇1、控制單元的冗余 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。2、 i/o接口單元的冗余 控制回路的多點i/o卡應(yīng)冗余配置；重要監(jiān)測點的多點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。六、經(jīng)濟性的考慮選擇plc時，應(yīng)考慮性能價格比?？紤]經(jīng)濟性時，應(yīng)同時考慮應(yīng)用的可擴展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進行比較和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品。輸入輸出點數(shù)對價格有直接影響。每增加一

29、塊輸入輸出卡件就需增加一定的費用。當(dāng)點數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲器容量、機架、母板等也要相應(yīng)增加，因此，點數(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)有較合理的性能價格比。第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)介紹一、三菱數(shù)控產(chǎn)品簡介 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，三菱電機公司加大了在中國大陸推廣cnc數(shù)控系統(tǒng)的力度。數(shù)控機床的核心是控制器，三菱公司推出了高質(zhì)量、高性價比的cnc系統(tǒng)，它提供了豐富而先進的功能。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

30、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e68、m700等系列cnc數(shù)控系統(tǒng)。二、三菱m64s數(shù)控系統(tǒng)簡介1、數(shù)控加工中心結(jié)構(gòu)數(shù)控加工中心的結(jié)構(gòu)框圖如圖1.5所示：圖1.5 數(shù)控加工中心電氣組成結(jié)構(gòu)框圖由圖1.5結(jié)構(gòu)框圖可知，加工中心電氣組成分別由cnc數(shù)控系統(tǒng)，進給伺服軸，主軸及其他軸電力電器、電機等組成。2、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)見下表1.1：表1.1 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m64slm64sm最大控制軸數(shù)147最大nc軸數(shù)126最大主軸數(shù)4最大plc軸數(shù)2同時聯(lián)動軸數(shù)4輔助軸數(shù)4plc開發(fā)工具g

31、x developer程序存儲容量（標(biāo)準(zhǔn)/最大）40/5120顯示單元單色crt （9寸）單色lcd（7.2寸 10.4寸）彩色lcd（10.4寸）melsec網(wǎng)絡(luò)cc-link3.三菱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)動單元、伺服電機、遠(yuǎn)程i/o單元、rs-232等設(shè)備組成，如圖所示：圖1.6(a) 三菱m64s數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)三菱m64s數(shù)控數(shù)控系統(tǒng)的功能強大，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)計中并未遇到，所以在此次設(shè)計中可將系統(tǒng)結(jié)構(gòu)稍作簡化，如圖1.6（b）所示，每一個單元的安裝與連接在

32、下面章節(jié)均有介紹。圖 1.6（b） 三菱m64s數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)4、三菱m64s數(shù)控系統(tǒng)的特點（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。（2）高速高精度即能對應(yīng)，尤為適合模具加工。（3）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。（4）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。（5）可對應(yīng)內(nèi)含以太網(wǎng)絡(luò)和ic卡界面，即使在程序運轉(zhuǎn)中，所有內(nèi)藏資料都可以傳輸對立。（6）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）（7）標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)藏波形顯示功能，工件位置坐標(biāo)及中心點測量功能

33、。（8）緩沖區(qū)修正機能擴展，可對應(yīng)hps/計算機鏈接b/dnc/記憶/mdi等模式。（9）圖形顯示機能改進；可含有刀具路徑資料，以充分顯示工件坐標(biāo)及刀具補償?shù)膶嶋H位置。（10）簡易式對話程序軟件。（11）可對應(yīng)windows操作環(huán)境的plc開發(fā)軟件gx developer。（12）特殊g代碼和固定循環(huán)程序，如g12/13，g34/35/36，g37.1等。（13）新機能擴展追加，根據(jù)市場，滿足客戶請求，詳細(xì)給營業(yè)單位。第四節(jié) 本章小結(jié)本章主要介紹cnc數(shù)控系統(tǒng)的基本概念、組成和特點，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)計的中心部分，三菱m64s數(shù)控系統(tǒng)是目前比

34、較先進的控制系統(tǒng)，同時我也列出了三菱m64s的一些特點。對cnc系統(tǒng)有了一定的了解后，我們就可以設(shè)計其電氣原理圖和主電路圖。第二章 立式加工中心電氣原理圖設(shè)計第一節(jié) 數(shù)控加工中心設(shè)計概述數(shù)控加工中心擁有較為復(fù)雜的機械結(jié)構(gòu)，它需要多個電機來完成其相應(yīng)的功能，比如：刀臂電機、刀庫電機、切削液電機、主軸冷卻液電機、排屑電機以及主軸和進給軸的伺服電機等。這些電機的功率大小和速度都是根據(jù)數(shù)控加工中心的機械結(jié)構(gòu)來選擇的。在本次畢業(yè)設(shè)計中是基于數(shù)控加工中心510來進行的，所以進給軸驅(qū)動使用mds-b-spj2-37，進給軸電機x、y軸使用型號為hc152t-a47的伺服電機，z軸使用型號為hc152bt-a

35、47與其他兩進給軸之間的區(qū)別在于有包閘功能,主軸驅(qū)動單元型號為mds-b-spj2-37，主軸電機型號sj-pf3.7-01。數(shù)控加工中心的核心部分是控制單元，本畢業(yè)設(shè)計中選用三菱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動部件和加工部件。加工中心的電氣控制設(shè)計如圖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 io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)進行操作和運算，并輸出相關(guān)命令等。顯示單元

36、主要是顯示有關(guān)信息，以便人機交互。基本io單元主要是nc系統(tǒng)與操作面板機床纖維開關(guān)，指示燈等之間信號的傳輸。其內(nèi)部軟件設(shè)計主要是plc程序和各個nc參數(shù)的設(shè)定。加工中心電氣總框圖如下： 圖2.1 加工中心電氣圖第二節(jié) 數(shù)控加工中心主回路/電氣控制回路一、主回路/電氣控制回路簡述作為通用數(shù)控加工中心，在主回路部分我設(shè)計了冷卻電機和排屑電機，分別由相應(yīng)的接觸器控制其運轉(zhuǎn)，同時電機要接地。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

37、變壓器提供。二、主回路/電氣控制回路圖1、主電路如圖2.2為數(shù)控加工中心主回路，圖中的幾個電機為三相交流異步電機額定電壓是380v，是依照數(shù)控加工中心510的機械結(jié)構(gòu)選擇的，在伺服部分，由于在本次畢業(yè)設(shè)計中選用的驅(qū)動以及進給電機和主軸電機是日本三菱公司生產(chǎn)的，所以其額定電壓為三相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電部分中各電器功率之和的1.2倍。如圖2.2 所示：圖2.2 主電路2、電氣控制單元回路及電路總圖如圖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動作都是plc的輸出與這個電路相聯(lián)系才能實現(xiàn)的，圖中的plc輸出地址單元為y28、y12

38、、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主觸點接通刀庫電機正轉(zhuǎn)，其他原理相同。在數(shù)控加工中心中，三個進給軸由于機械結(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)加工中心運行范圍超過這

39、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，其常開觸點閉合，相應(yīng)的伺服強電部分停止運作，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。圖2.3 電氣控制單元回路 圖2.4 電路總圖第三節(jié) 本章小結(jié)本章著重介紹了加工中心機械部分包括電機等電氣設(shè)備連接圖的設(shè)計，同時也設(shè)計了電氣控制回路和主電路圖。在本次畢業(yè)設(shè)計中，電氣原理圖的設(shè)計是很重要的一部分，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。第三章 數(shù)控加工中心plc控制程序設(shè)計第一節(jié) 三菱數(shù)控系統(tǒng)軟件配置一、信號流程簡述為了更全面的了解三菱數(shù)控系統(tǒng)

40、如何的運作，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、機器/機器操作面板、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；機器/機器操作面板與可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)實現(xiàn)某種功能，控制器與機器/機器操作面板之間不存在直接的信號交換。二、信號流程

41、圖信號流程圖是根據(jù)數(shù)控機床系統(tǒng)信息交換繪制而成，它讓我們可以更直觀的了解數(shù)控機床內(nèi)部信息的流向，如圖3.1所示：（掃描時間程序大小而定）7.1毫秒一次在高速處理程序的標(biāo)題處開始傳輸（7.1毫秒一次）在主程序的標(biāo)題處開始傳輸yyxxxy機器/機器操作面板內(nèi)部繼電器、鎖存寄存器等（m、f、l。）機器的輸入/輸出信號（x,y）高速程序主程序梯形圖控制器和機器的輸入/輸出信號（x,y）在控制器中輸入的信號.輸出控制器內(nèi)信號控制器plcddb圖3.1 信號流程圖第二節(jié) 數(shù)控加工中心輸入輸出信號地址三菱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

42、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)并執(zhí)行開/關(guān)操作。這些開關(guān)可以作為機床操作開關(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。在設(shè)計中我所使用的控制面板如圖3.2所示：圖3.2 控制面板至于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。表3.1 hr337 input di1 （操作面板信號）元件信號簡稱信號

43、名稱元件信號簡稱信號名稱x0mode select(a)b20x10f5f5功能a20x1mode select(f)b19x11+xx軸正方向a19x2mode select(b)b18x12保留a18x3rapid traverse(a)b17x13-xx軸負(fù)方向a17x4rapid traverse(f)b16x14o t rel過行程解除a16x5spindl override(a)b15x15+yy軸正方向a15x6spindl override(f)b14x16-zz軸負(fù)方向a14x7spindl override(b)b13x17+4第四軸正方向a13x8mstncreset系統(tǒng)

44、使用b12x18f6f6功能a12x9feedrateoverri(a)b11x19o r i主軸定位a11xafeedrateoverri(f)b10x1asp ccw主軸反轉(zhuǎn)a10xbfeedrateoverri(b)b09x1bsp stop主軸停止a09xcfeedrateoverri(e)b08x1csp cw主軸正轉(zhuǎn)a08xd-4第四軸負(fù)方向b07x1ds b k單節(jié)程式執(zhí)行a07xe+zz軸正方向b06x1em01選擇性停止a06xf-yy軸負(fù)方向b05x1fd r n試運轉(zhuǎn)a05注：機床鎖定通過接通“機床鎖定”信號加到所有軸表3.2 hr337 input di2 (機床輸入信

45、號)元件信號簡稱信號名稱元件信號簡稱信號名稱x20b d t單節(jié)刪除b20x30f4f4功能a20x21m l k機器鎖固b19x31保留a19x22z lookz軸鎖固b18x32保留a18x23a f l輔助機能鎖固b17x33保留a17x24f1f1功能b16x34保留a16x25feed hoid暫停b15x35保留a15x26cycle start程式啟動b14x36保留a14x27保留b13x37保留a13x28off/onedit鑰匙b12x38保留a12x29auto冷卻水自動b11x39保留a11x2aman冷卻水手動b10x3a保留a10x2bair blow氣壓b09x3

46、b保留a09x2cchip cvy卷切削動作b08x3c保留a08x2dmag cw刀庫正轉(zhuǎn)b07x3d保留a07x2ef2f2功能b06x3e保留a06x2ff3f3功能b05x3f急停急停a05 注：行程極限的地址基本固定表3.3 output hr3337(操作面板信號)元件信號簡稱信號名稱元件信號簡稱信號名稱y0x軸歸原點b20y10f5f5功能a20y1y軸歸原點b19y11+xx軸正行程a19y2z軸歸原點b18y12超程a18y3第四軸歸原點b17y13-xx軸負(fù)行程a17y4clamp(夾/松刀)b16y14o t rel過行程解除a16y5m02/m30b15y15+yy軸正

47、行程a15y6ncnc報警b14y16-zz軸負(fù)行程a14y7m failb13y17+4第四軸正方向a13y8lube潤滑油報警b12y18f6f6功能a12y9f4f4功能b11y19o r i主軸定位a11ya刀臂正轉(zhuǎn)b10y1asp ccw主軸反轉(zhuǎn)a10yb刀臂反轉(zhuǎn)b09y1bsp stop主軸停止a09yc-4第四軸負(fù)方向b08y1csp cw主軸正轉(zhuǎn)a08yd+zz軸正方向b07y1ds b k單節(jié)程式執(zhí)行a07ye-yy軸負(fù)方向b06y1em01選擇性停止a06yf刀庫反轉(zhuǎn)b05y1fd r n試運轉(zhuǎn)a05表3.4 output hr337(操作面板信號)元件信號簡稱信號名稱元件

48、信號簡稱信號名稱y20b d t單節(jié)刪除b20a20y21m l k機器鎖固b19a19y22z lookz軸鎖固b18a18y23a f l輔助機能鎖固b17a17y24f1f1功能b16a16y25feed hoid暫停b15a15y26cycle start程式啟動b14a14y27spindle coolb13a13y28伺服強電b12a12y29auto冷卻水自動b11a11y2aman冷卻水手動b10a10y2bair blow氣壓b09a09y2cchip cvy卷切削動作b08a08y2dmag cw刀庫正轉(zhuǎn)b07a07y2ef2f2功能b06a06y2ff3f3功能b05a0

49、5第三節(jié) 數(shù)控加工中心plc控制程序設(shè)計步驟梯形圖程序的設(shè)計是本次設(shè)計的重點和難點，在整個開發(fā)工程中，我是按照以下步驟完成plc程序設(shè)計的：表3.5 三菱數(shù)控編程步驟：1急停2常數(shù)及初始脈沖3方式:auto，mdi，zrn，jog，rapid，inc，dnc4自動方式（auto，mdi，dnc）手動方式（zrn，jog，inc）5方式指示燈6累積時間，互鎖（y234，y235，y21b，y21c）7閃爍脈沖8軸有效（y188，y189）9+x，+z，-x，-z10參考點自保處理11回參考點指示燈（回時閃爍，到達(dá)時常亮）12+j，-j（y1e0，y1e1，y1d8，y1d9）13正向移動，反向移

50、動指示燈14主軸倍率（y28f，r28，r108）15切削倍率（y2b7，y136，y2b8）16手輪倍率17手輪類別18手輪類別指示區(qū)別19快速移動倍率（r134）20y29a，輔助功能鎖定21機械鎖定22ort 空運行，（指示燈）23bdt y23f 程序跳過24單節(jié)執(zhí)行 y21a25數(shù)據(jù)鎖定（y238，y239，y23a）26自動啟動y218 指示27暫停y219 指示28主軸正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)（m03，m04，m05，y2d0，y2d1）29重置，復(fù)位，倒帶（y220，y222）30輔助功能（r20，y226，y227）第四節(jié) 數(shù)控加工中心plc控制程序說明一、加工中心方式選擇在操作面板上是用

51、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)，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：表3.6 方式選擇列表方式x0x1x2dnc方式（y211）000手輪方式（y209）001記憶方式mem（y210）010快速移動方式（y22e）011增量方式（y20a）100jog方式（y208）101mdi方式（y213）110回原點zrn（y20c）111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，故在編程時需要進行互鎖。梯形圖如圖3.3所示： 圖3.3 方式選擇梯形圖二、加工中心定時器程序在數(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，比如刀具在回原點過程當(dāng)中，需要一定的移動時間，而在移動