數(shù)控車床仿真模擬控制畢業(yè)設(shè)計huangchao

1、瀟湘職業(yè)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）題 目： 數(shù)控車床仿真模擬控制 系 部： 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)電一體化 學(xué) 號： 2008102020151 姓 名： 黃超 指導(dǎo)老師： 唐志英 開題時間： 6 完成時間： 2010.12.20 瀟湘職業(yè)學(xué)院教務(wù)處制前言數(shù)控（英文名字：Numerical Control 簡稱:NC）技術(shù)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(jī)械設(shè)備動作控制的技術(shù)。數(shù)控一般是采用通用或?qū)Ｓ糜嬎銠C(jī)實現(xiàn)數(shù)字程序控制，因此數(shù)控也稱為計算機(jī)數(shù)控(Computerized Numerical Control )，簡稱CNC，國外一般都稱為CNC，很少再用NC這個概念了，

2、它所控制的通常是位置、角度、速度等機(jī)械量和與機(jī)械能量流向有關(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)代計算機(jī)，包括計算機(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。PLC = Programmable logic Controller，可編程邏輯控制器，一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用

3、而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。是工業(yè)控制的核心部分目錄摘要.4關(guān)鍵詞.4第一章 數(shù)控機(jī)床基礎(chǔ)和控制系統(tǒng).41.1 數(shù)控機(jī)床的組成及分類.41.2 數(shù)控機(jī)床的工作原理.51.3 直流伺服驅(qū)動系統(tǒng).61.4 交流伺服驅(qū)動系統(tǒng).81.5 CJK6130數(shù)控車床系統(tǒng)操作面板及功能.11第二章 可編程序控制器概述.132.1 PLC的產(chǎn)生和定義.132.2 PLC的發(fā)展史.142.3 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域.142.4 PLC的特點和分類.152.5 PLC的工作原

4、理.18第三章 數(shù)控車床模擬PLC控制.20 3.1 PLC的基本結(jié)構(gòu)圖.20 3.2 PLC掃描過程的中心內(nèi)容.20 3.3 數(shù)控車床模擬PLC控制過程及梯形圖. 21第四章 結(jié)束語.33感謝詞. . 34參考文獻(xiàn).35數(shù)控車床仿真模擬控制 班級：大08機(jī)電1班 學(xué)生：黃超指導(dǎo)老師：唐志英 摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)和社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，數(shù)控車床已成為現(xiàn)代機(jī)械生產(chǎn)的重要工具。數(shù)控車床作為現(xiàn)代機(jī)械生產(chǎn)的重要工具，隨著人們對數(shù)控車床的運(yùn)行安全性、高效性、精度性、自動控制等要求的不斷提高，數(shù)控車床得到快速發(fā)展。其編程技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了自動編程技術(shù)，其邏輯控制也由PLC代替原來的手動控制。數(shù)控車床采購用了PLC

5、控制,用軟件實現(xiàn)對數(shù)控車床運(yùn)行的自動控制,可靠性大大提高。變頻器調(diào)速以其優(yōu)異的高速性能、高效率、高功效因素。本設(shè)計考慮到數(shù)控車床的實際操作功能，又兼顧數(shù)控車床控制中具有遞推功能，所設(shè)計的控制系統(tǒng)針對的是數(shù)控車床的刀架和刀具。代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手動換刀，由變頻器實現(xiàn)對車床的自動控制，使PLC與自動控制裝置相結(jié)合,構(gòu)成PLC自動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了車床的各種控制功能，提高了車床運(yùn)行可靠性，降低了故障頻率。 關(guān)鍵詞：數(shù)控、PLC、梯形圖第一章 數(shù)控機(jī)床基礎(chǔ)和控制系統(tǒng)第二章 可編程序控制器概述2.1 PLC的產(chǎn)生和定義：上世紀(jì)60年代，計算機(jī)技術(shù)已開始應(yīng)用于工業(yè)控制了。但由于計算機(jī)技術(shù)本身的復(fù)雜性，編程難度高、難

6、以適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境以及價格昂貴等原因，未能在工業(yè)控制中廣泛應(yīng)用。當(dāng)時的工業(yè)控制，主要還是以繼電接觸器組成控制系統(tǒng)。1968年，美國最大的汽車制造商通用汽車制造公司（GM），為適應(yīng)汽車型號的不斷翻新，試圖尋找一種新型的工業(yè)控制器，以盡可能減少重新設(shè)計和更換繼電器控制系統(tǒng)的硬件及接線、減少時間，降低成本。因而設(shè)想把計算機(jī)的完備功能、靈活及通用等優(yōu)點和繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優(yōu)點結(jié)合起來，制成一種適合于工業(yè)環(huán)境的通用控制裝置，并把計算機(jī)的編程方法和程序輸入方式加以簡化，用 “面向控制過程，面向?qū)ο蟆钡摹白匀徽Z言”進(jìn)行編程，使不熟悉計算機(jī)的人也能方便地使用。PLC即可編程控制器

7、（Programmable logic Controller，是指以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國際電工委員會（International Electrical Committee）頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對PLC做了如下定義：“PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計?！?.2 PLC發(fā)展史：

8、第一代：1969年1972年，代表產(chǎn)品有 美國DEC公司的PDP-14/L 日本立石電機(jī)公司的SCY-022 日本北辰電機(jī)公司的HOSC-20 第二代：1973年1975年，代表產(chǎn)品有 美國GE公司的LOGISTROT 德國SIEMENS公司的SIMATIC S3、S4系列 日本富士電機(jī)公司的SC系列 第三代：19761983年，代表產(chǎn)品有 美國GOULD公司的M84、484、584、684、884 德國SIEMENS公司的SIMATIC S5系列 日本三菱公司的MELPLAC-50、550 第四代：1983年現(xiàn)在，代表產(chǎn)品有 美國GOULD公司的A5900 德國西門子公司的S7系列 產(chǎn)品規(guī)模

9、向兩極分化 處理模擬量 追求高可靠性 通訊接口和智能模塊 系統(tǒng)操作站配高分辨率的監(jiān)視器 追求軟、硬件標(biāo)準(zhǔn)化 2.3 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。（一）、開關(guān)量的邏輯控制這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。（二）、模擬量控制在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和

10、速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。（三）、運(yùn)動控制PLC可以用于圓周運(yùn)動或直線運(yùn)動的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動控制模塊。如可驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場合。（四）、過程控制過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算

11、機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運(yùn)行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。（五）、數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可

12、用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。（六）、通信及聯(lián)網(wǎng)PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。2.5 PLC的工作原理 當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。 (一) 輸入采樣階段 在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)

13、，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 (二) 用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；

14、或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。 在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點。即使用I/O指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會被更新，程序直接從I/O模塊取值，

15、輸出過程影像寄存器會被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。 (三) 輸出刷新階段 當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。這時，才是PLC的真正輸出。第三章 數(shù)控車床模擬PLC控制（一）PLC的基本結(jié)構(gòu)圖（二）PLC掃描過程的中心內(nèi)容（三）數(shù)控車床模擬PLC控制過程及梯形圖1.設(shè)計說明T1、T2為鉆頭，用其實現(xiàn)鉆功能；T3、T4為銑刀，用其實現(xiàn)銑刀功能。X軸、Y軸、Z軸模擬加工中心三坐標(biāo)的六個方向上的運(yùn)動。圍繞T1-T4刀具，分別運(yùn)用X軸的左右運(yùn)動；Y軸的前后運(yùn)動；Z軸的上下運(yùn)動實現(xiàn)整個加

16、工過程的演示。在X、Y、Z軸運(yùn)動中，用DECX、DECY、DECZ按鈕模擬伺服電機(jī)的反饋控制。用X左、X右撥動開關(guān)模擬X軸的左、右方向限位；用Y前、Y后模擬Y軸的前、后限用Z上、Z下模擬刀具的退刀和進(jìn)刀過程中的限位現(xiàn)象。2.實驗面板圖：3.設(shè)計步驟（1）自動演示過程的接線I0.0Q0.7Q0.0Q0.3Q0.1Q0.2Q0.4Q0.5Q0.6（2）現(xiàn)場工作過程的接線 輸入運(yùn)行控制DECXDECYDECZX左X右Y前Y后Z上Z下I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.7I1.0I1.1輸出運(yùn)行指示T1T2T3T4X燈Y燈Z燈Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q

17、0.6Q0.74 工作過程分析(1) 自動演示循環(huán)工作過程分析（2）現(xiàn)場模擬工作過程分析 1) 撥動“運(yùn)行控制”開關(guān)，啟動系統(tǒng)?！癤軸運(yùn)行指示燈”亮，模擬工件正沿X軸向左運(yùn)行。 2）觸動“DECX”按鈕三次，模擬工件沿X軸向左運(yùn)行三步，撥動“X左”限位開關(guān)，模擬工件已到指定位置。此時T2鉆頭沿Z軸向下運(yùn)動（Z燈、T2燈亮）。 3）觸動“DECZ”按鈕三次，模擬T2轉(zhuǎn)頭向下運(yùn)行三步，對工件進(jìn)行鉆孔。撥動“Z下”限位開關(guān)置ON，模擬鉆頭已對工件加工完畢；繼續(xù)觸動“DECZ”按鈕三次，模擬T2鉆頭返回刀庫，使“Z上”限位開關(guān)置ON，將取銑刀T4，準(zhǔn)備對工件進(jìn)行銑加工。 4）同上，觸動“DECZ”按鈕

18、三次，使 “Z下”限位開關(guān)為ON，“Y軸運(yùn)行指示燈”亮，模擬對工件的銑加工。 5）觸動“DECY”按鈕4次后，撥動“Y前”限位開關(guān)置ON，模擬銑刀已對工件加工完畢，系統(tǒng)進(jìn)入退刀狀態(tài)（Z軸運(yùn)行指示燈亮）。 6）再次觸動“DECZ”按鈕三次，置位“Z上”限位開關(guān)，模擬銑刀T4已回刀庫，“X燈”亮，進(jìn)入下一輪加工循環(huán)。注：除“運(yùn)行控制”開關(guān)之外，各鈕子開關(guān)動作之后都須復(fù)位。5.梯形圖參考程序 1）自動演示程序 2）現(xiàn)場模擬第四章 結(jié)束語隨著人們對車床運(yùn)行安全性、高效性、高質(zhì)量、高精度等要求的不斷提高，數(shù)控車床得到快速發(fā)展。其拖動技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了調(diào)頻、調(diào)壓、調(diào)速，其邏輯控制也由PLC代替原來的繼電器控

19、制。本論文利用PLC來設(shè)計數(shù)控車床控制系統(tǒng)，可編程控制器（PLC）在數(shù)控車床中的應(yīng)用非常廣泛，而且具備相當(dāng)多的優(yōu)點。在課程設(shè)計的過程中，數(shù)控車床控制系統(tǒng)總體設(shè)計方案、設(shè)計過程， 列出了具體數(shù)控車床的梯形圖。提出了PLC的編程方法，設(shè)計了一套數(shù)控車床控制系統(tǒng)方案。采用PLC實現(xiàn)數(shù)控車床控制，能夠解決繼電器接觸器觸點多，故障率高、可靠性差、安裝調(diào)試周期長、維修工作量大、接線復(fù)雜等缺點。使數(shù)控車床運(yùn)行更加安全性、高效性、高質(zhì)量、高精度等。 雖然畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容繁多，過程繁瑣但我的收獲卻更加豐富。各種系統(tǒng)的適用條件，各種設(shè)備的選用標(biāo)準(zhǔn)，各種元件的安裝方式，我都是隨著設(shè)計的不段深入而不段熟悉并學(xué)會應(yīng)用的。和老師的溝通交流更使我從技術(shù)創(chuàng)新的角度對設(shè)計有了新的認(rèn)識也對自己有了新的要求，提高是有限