【數(shù)控多工位鉆床設(shè)計(jì)8800字（論文）】

數(shù)控多工位鉆床設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-2"\h\u32046前言 IV30225一、引言 611155（一）研究背景 618106（二）研究目的及意義 723918二、鉆床的結(jié)構(gòu)及電氣分析 820295（一）鉆床的結(jié)構(gòu) 819597（二）鉆床的工作特點(diǎn) 915932（三）鉆床電力拖動(dòng)系統(tǒng) 1018141三、鉆床數(shù)控系統(tǒng)硬件平臺(tái)設(shè)計(jì) 111378（一）系統(tǒng)PLC的選用 1111341（二）通信部分電路設(shè)計(jì) 133339（三）操作顯示電路設(shè)計(jì) 1413183（四）其它信號(hào)接口電路 1619081四、鉆床PLC的軟件設(shè)計(jì) 1730956（一）PLC程序編輯語言 176959（二）控制程序設(shè)計(jì)分析 1821584（三）PLC控制程序指令 204252五、總結(jié) 213676參考資料 22

前言鉆床是一種常用的機(jī)床，在生產(chǎn)中應(yīng)用很廣泛，種類繁多。然而，在運(yùn)作中，傳統(tǒng)的鉆床暴露了越來越多的問題，比如：觸點(diǎn)過多、故障出現(xiàn)頻繁、維修不方便，影響了鉆床的正常工作，引起產(chǎn)品質(zhì)量降低。由于各種各樣的問題，鉆床的改造勢在必行。在眾多的改造方案中，PLC改造以其他同類產(chǎn)品所不具備的優(yōu)點(diǎn)脫穎而出。本文提出了Z3040搖臂鉆床數(shù)控電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要由繼電器機(jī)械觸點(diǎn)串并聯(lián)控制邏輯組成，改為PLC控制，伺服系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，電氣選擇模塊和數(shù)控系統(tǒng)結(jié)合這兩方面來完成機(jī)床的數(shù)控設(shè)計(jì)。機(jī)械方面首先設(shè)計(jì)主傳動(dòng)和進(jìn)給傳動(dòng)，然后選擇相應(yīng)的電機(jī)，最后選擇和設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)以Z3040搖臂鉆機(jī)為核心，通過分析鉆機(jī)的要求，對(duì)傳統(tǒng)的繼電器觸點(diǎn)控制系統(tǒng)進(jìn)行PLC改造，首先通過對(duì)PLC技術(shù)和數(shù)控技術(shù)的綜合分析，采用核心板和擴(kuò)展板的設(shè)計(jì)思路以三菱Fx系列PLC為核心，利用核心板提供的接口，將必要的外圍電路擴(kuò)展到數(shù)控系統(tǒng)所需的其他模塊。關(guān)鍵字：PLC；電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)；Z3040搖臂鉆床一、引言（一）研究背景Z3040徑向鉆孔機(jī)是一種通用機(jī)床，具有廣泛的應(yīng)用范圍,是機(jī)械制造和各種修理廠不可缺少的設(shè)備。它的速度控制是通過三相交流異步電機(jī)和變速箱實(shí)現(xiàn)的搖臂鉆機(jī)主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由交流異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，主軸的正反轉(zhuǎn)通過機(jī)械轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)。因此，主電機(jī)只有一個(gè)旋轉(zhuǎn)方向。此外，搖臂的上升和下降以及立柱的夾緊和松弛均由交流異步電機(jī)拖動(dòng)。Z3040徑向鉆孔機(jī)是大多數(shù)工廠使用的通用金屬切削機(jī)床。它的功能非常強(qiáng)大，它可以用于各種類型的加工，如鉆孔，鉆孔，鉸孔和螺紋加工。但就控制而言，它需要有機(jī)，電氣，液壓和其他系統(tǒng)的合作來完成不同的任務(wù)。另外，它需要時(shí)間控制。PLC是由傳統(tǒng)繼電器邏輯和電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展而形成的。隨著PIC技術(shù)在中國的迅速發(fā)展，我們與國外先進(jìn)技術(shù)的差距將繼續(xù)縮小。因此，抓住這一有利時(shí)機(jī)，進(jìn)一步推動(dòng)PLC技術(shù)的推廣應(yīng)用，是提高我國工業(yè)自動(dòng)化水平的當(dāng)務(wù)之急。PLC鉆床電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是借鑒國外先進(jìn)的工業(yè)控制技術(shù)，并將其應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場，以提高鉆床的工作性能。與繼電接觸器電氣控制系統(tǒng)相比，PLC電氣控制系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單，編程方便，班級(jí)測試周期短，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，故障率低，工作環(huán)境。因此，PLC鉆機(jī)控制系統(tǒng)將PLC控制技術(shù)應(yīng)用到設(shè)計(jì)方案中，大大提高了鉆機(jī)的工作性能。這保證了電子控制系統(tǒng)的快速性，準(zhǔn)確性和合理性，更好地滿足了實(shí)際生產(chǎn)的需要，提高了經(jīng)濟(jì)效益。隨著信息產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的功能日益成熟。數(shù)控機(jī)床已經(jīng)完全取代普通機(jī)床。數(shù)控技術(shù)是加工自動(dòng)化的基礎(chǔ)，是數(shù)控機(jī)床的核心技術(shù)。它的水平高低與國家有關(guān)。戰(zhàn)略地位，國家經(jīng)濟(jì)水平，體現(xiàn)國家整體實(shí)力的系統(tǒng)化，自動(dòng)化，智能化，集體化。未來，數(shù)控技術(shù)將以高度復(fù)雜，高速度，高效率和方向?yàn)閷?dǎo)向，重點(diǎn)在于工藝適用性和經(jīng)濟(jì)性。數(shù)控機(jī)床電氣控制性能好或壞，取決于數(shù)據(jù)機(jī)床的電氣控制。最終，產(chǎn)生了不同的軸和盤式旋轉(zhuǎn)體零件的品種。它具有以下優(yōu)點(diǎn)：加工更加靈活，通用性強(qiáng)，對(duì)于產(chǎn)品品種和規(guī)格的頻繁變化具有良好的適應(yīng)性，也為新產(chǎn)品的開發(fā)和許多品種、小批量、生產(chǎn)自動(dòng)化的要求都能滿足，所以機(jī)械制造業(yè)也很熱衷也很廣泛地使用它。目前，基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)是以數(shù)控技術(shù)開放式架構(gòu)為主的實(shí)現(xiàn)，這種實(shí)現(xiàn)主要考慮采用工業(yè)PC機(jī)具有優(yōu)良的系統(tǒng)資源和標(biāo)準(zhǔn)化的接口，簡化了數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。數(shù)字控制系統(tǒng)，在一定程度上開發(fā)減少技術(shù)難度。用PLC內(nèi)的預(yù)置程序來控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，機(jī)床運(yùn)行過程中只需調(diào)用子程序模塊，用電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來控制刀架的上下左右移動(dòng)實(shí)現(xiàn)工件加工的自動(dòng)化，而且提高了控制系統(tǒng)的柔性和可靠性，進(jìn)而為維修和故障診斷提供多方面的可能性，這樣大大降低了程序的復(fù)雜程度，方便了程序的修改，有較高的推廣和實(shí)用價(jià)值。（二）研究目的及意義本文試圖結(jié)合工程實(shí)踐，通過所學(xué)知識(shí)，完成了鉆床的PLC電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并且鉆床性能的設(shè)計(jì)和使用得到了顯著的改善和提高。數(shù)控系統(tǒng)是根據(jù)存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的控制程序執(zhí)行一些或全部數(shù)字控制功能的數(shù)字控制系統(tǒng)。PLC控制系統(tǒng)取代了傳統(tǒng)的繼電器接觸器邏輯控制系統(tǒng)，大大減少了系統(tǒng)布線，改進(jìn)了系統(tǒng)?？垢蓴_能力增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。數(shù)控裝置是數(shù)控系統(tǒng)的控制核心。其硬件和軟件控制著各種CNC功能的實(shí)現(xiàn)。它通過接口與其他部件連接，易于維護(hù)和減少系統(tǒng)的維護(hù)工作量。另外，在設(shè)計(jì)控制程序時(shí)，使用PLC軟件設(shè)計(jì)了許多互鎖電路，并且使用PLC的內(nèi)部時(shí)間繼電器設(shè)計(jì)了過流檢測電路。PLC電氣控制系統(tǒng)與繼電器一接觸器電氣控制系統(tǒng)相比，具有結(jié)構(gòu)簡單，編程方便，課試周期短，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，故障率低，對(duì)工作環(huán)境要求低等一系列優(yōu)點(diǎn)。因此PLC的鉆床控制系統(tǒng)，將把PLC控制技術(shù)應(yīng)用到設(shè)計(jì)方案中去，從而大大提高鉆床的工作性能。從而保證了電控系統(tǒng)的快速性、準(zhǔn)確性、合理性，更好地滿足了實(shí)際生產(chǎn)的需要，提高了經(jīng)濟(jì)效益。隨著信息化產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的功能日趨完善，數(shù)控機(jī)床已經(jīng)完全取代了普通機(jī)床，而數(shù)控技術(shù)是機(jī)械加工自動(dòng)化的基礎(chǔ)，是數(shù)控機(jī)床的核心技術(shù)，其水平高、低關(guān)系到國家戰(zhàn)略地位、國民經(jīng)濟(jì)水平和體現(xiàn)國家綜合實(shí)力的系統(tǒng)化，自動(dòng)化，智能化，集體化水平。今后數(shù)控技術(shù)又將向著高精化，高速化，高效化，方向發(fā)展，并注重工藝適用性和經(jīng)濟(jì)性。二、鉆床的結(jié)構(gòu)及電氣分析（一）鉆床的結(jié)構(gòu)外貌整體結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。1、機(jī)座：搖臂鉆床主要機(jī)構(gòu)全部都集中安裝在底座上，整體鑄造結(jié)構(gòu)具有剛性好、抗變形能力強(qiáng)等特點(diǎn)，工作臺(tái)和立柱也都固定在機(jī)座上。萬向搖臂鉆床2、立柱：固定在機(jī)座上，用來支撐懸臂及為鉆削加工傳遞力矩，導(dǎo)引懸臂上下移動(dòng)，具有較高的加工精度。3、搖臂：承載著主軸箱的懸臂，外柱帶動(dòng)搖臂繞內(nèi)柱回轉(zhuǎn)，搖臂沿外柱升降;主軸箱沿?fù)u臂導(dǎo)軌左右移動(dòng)確定鉆頭在工件鉆孔位置的坐標(biāo)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位。4、主軸箱：實(shí)現(xiàn)主軸各級(jí)轉(zhuǎn)動(dòng)、進(jìn)給及操作，主軸轉(zhuǎn)速范圍25-2000r/min，共有16級(jí)，通過旋轉(zhuǎn)集中操作手輪(主軸轉(zhuǎn)速預(yù)選按鈕)可實(shí)現(xiàn);主軸進(jìn)給范圍0.04-3.2mm/r共有16級(jí)，通過旋轉(zhuǎn)集中操作手輪(主軸進(jìn)給量預(yù)選按鈕)可實(shí)現(xiàn)。5、工作臺(tái)：用來固定工裝、卡具、工件的平臺(tái)，一般用整體鑄造結(jié)構(gòu)加工而成，其上有T型槽，放置T型螺母或者T型螺栓用來固定工件或者工裝、卡具。6、搖臂升降及夾緊：搖臂升降是由立柱頂部電機(jī)拖動(dòng)，由絲杠螺母傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)搖臂升降。其中升降螺母上裝有保險(xiǎn)螺母，以保證搖臂不能突然落下;搖臂夾緊是由液壓驅(qū)動(dòng)菱形塊實(shí)現(xiàn)夾緊，夾緊后菱形塊自鎖;搖臂上升或下降加緊動(dòng)作結(jié)束后搖臂自動(dòng)夾緊，由裝在油缸上的電器開關(guān)控制。7、主軸箱及立柱夾緊：主軸箱與立柱夾緊均是液壓驅(qū)動(dòng)，菱形塊夾緊。兩動(dòng)作可同時(shí)進(jìn)行，也可分開進(jìn)行，選擇按鈕是主軸箱面板上的旋鈕(主軸箱立柱夾緊狀態(tài)選擇旋鈕)，其中中間位置為夾緊，左為立柱單獨(dú)松夾，右為主軸箱單獨(dú)松夾，動(dòng)作實(shí)現(xiàn)按鈕是主軸箱立柱松開按鈕、主軸箱立柱夾緊按鈕。（二）鉆床的工作特點(diǎn)（1）主軸與刀具的旋轉(zhuǎn)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：在鉆孔時(shí)，主軸作為主運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，主軸的直線運(yùn)動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。也就是說，鉆孔時(shí)，鉆頭在進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)進(jìn)行縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。主軸的旋轉(zhuǎn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由三相交流異步電機(jī)M1（3kW）驅(qū)動(dòng)。（2）各運(yùn)動(dòng)部件的位移運(yùn)動(dòng)：用于將主軸換到工具上。主軸在三維空間中的位移運(yùn)動(dòng)包括主盒沿著搖臂的長度方向的水平運(yùn)動(dòng)，搖臂沿外柱的提升運(yùn)動(dòng)以及搖臂的外柱驅(qū)動(dòng)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)沿著內(nèi)柱。其中，搖臂的搖擺和搖床的水平導(dǎo)軌上的搖床的左右移動(dòng)通常都是手動(dòng)的。另外，還有一個(gè)0.09kW冷卻泵馬達(dá)M4來冷卻工具。（3）移動(dòng)裝置的夾緊松弛：三套移動(dòng)刀具有相應(yīng)的夾緊松弛部分。當(dāng)切換刀具時(shí)，設(shè)備需要放松;在加工過程中需要夾緊設(shè)備。3套夾緊部分為搖臂夾緊（搖臂與外柱之間夾緊），夾緊主軸箱（夾緊主軸箱與搖臂導(dǎo)軌之間），夾緊柱（外柱與內(nèi)柱列夾緊）。搖臂的上升和下降受到1.1kW三相交流異步電動(dòng)機(jī)M2的拖動(dòng)。柱的夾緊和釋放，搖臂的夾緊和釋放，以及頭架的夾緊和釋放由另一個(gè)執(zhí)行。臺(tái)灣0.6kW三相交流異步電動(dòng)機(jī)M3拖動(dòng)液壓泵，供應(yīng)夾緊裝置所需壓力油，推動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)將根據(jù)鉆床加工工藝的特點(diǎn)，以及控制系統(tǒng)所具備的要求，運(yùn)用所學(xué)的電氣控制方面的專業(yè)知識(shí)，采用PLC對(duì)其鉆床傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)進(jìn)行簡單的改造，以達(dá)到投資小、改造周期短、節(jié)能降耗等目的，彌補(bǔ)繼電器控制的不足，充分發(fā)揮PLC的優(yōu)勢，以提高鉆床的生產(chǎn)效率[1]。（三）鉆床電力拖動(dòng)系統(tǒng)（1）使用多個(gè)電機(jī)拖拽來簡化機(jī)器傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)。

（2）主軸的旋轉(zhuǎn)，縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和換檔機(jī)構(gòu)均在主軸箱內(nèi)，并由主電機(jī)拖動(dòng)。

（3）為了滿足各種加工方法的要求，主軸的旋轉(zhuǎn)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)具有很大的速度范圍，這是通過機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。

（4）加工螺紋時(shí)，要求主軸可以正反轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)并機(jī)械實(shí)施。因此，主電機(jī)只需要在一個(gè)方向上旋轉(zhuǎn)，并且可以在沒有制動(dòng)的情況下直接啟動(dòng)。

（5）搖臂的升降由升降電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)需要正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。籠式異步電動(dòng)機(jī)可以直接啟動(dòng)，無需調(diào)速和制動(dòng)。

（6）通過對(duì)內(nèi)外柱，主軸箱和搖臂的夾緊松動(dòng)，通過控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)來驅(qū)動(dòng)液壓泵發(fā)出不同的壓力油，從而促進(jìn)活塞和鉆石塊。（7）搖臂鉆床主軸箱和立柱的夾緊和松開均由一個(gè)油路控制，同時(shí)啟動(dòng)。搖臂的夾緊和松動(dòng)與搖臂的升降相結(jié)合，并由另一個(gè)油路控制。根據(jù)工作要求，控制電磁閥控制選擇哪個(gè)油回路操作。

（8）根據(jù)加工需要，操作人員可手動(dòng)操作冷卻泵電機(jī)向一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)。

（9）必要的連鎖和保護(hù)聯(lián)系。

（10）機(jī)器安全照明和信號(hào)指示電路三、鉆床數(shù)控系統(tǒng)硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)本章主要介紹車床數(shù)控系統(tǒng)中子系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。為加快數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，本系統(tǒng)采用核心板和擴(kuò)展板的設(shè)計(jì)思想，由核心板提供。該接口擴(kuò)展了數(shù)控系統(tǒng)所需的其他模塊，并提供了相應(yīng)的電路原理圖。圖3.1PLC的結(jié)構(gòu)框圖（一）系統(tǒng)PLC的選用可編程控制器是專門為工業(yè)環(huán)境中的數(shù)字操作而設(shè)計(jì)的電子設(shè)備。PLC的種類很多，但其組成和工作原理基本相同。使用PLC來實(shí)現(xiàn)控制，實(shí)質(zhì)上是根據(jù)控制功能的要求，通過程序按照一定的要求進(jìn)行輸入/輸出轉(zhuǎn)換，并將這種變化轉(zhuǎn)換為物理實(shí)現(xiàn)，并應(yīng)用到工業(yè)現(xiàn)場。PLC專為工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用而設(shè)計(jì)，并使用典型的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)。它主要由CPU，電源，存儲(chǔ)器和專門設(shè)計(jì)的輸入/輸出接口電路組成。PLC消耗的電力很少，產(chǎn)生的熱量很少，而電氣柜可以設(shè)計(jì)成密封的。灰塵不必頻繁維護(hù)。該系列產(chǎn)品以其高性能而聞名，并具有很好的擴(kuò)展性和良好的通信能力。三菱的工業(yè)控制總線也很受歡迎。這種設(shè)計(jì)需要快速和穩(wěn)定的速度。同時(shí)，考慮到價(jià)格等方面，我們選擇三菱PLC使用這種設(shè)計(jì)的I/O口不是太多，所以我們選擇了三菱FX-2N-48MRPLC。表3.1FX2N-48MT模塊的技術(shù)參數(shù)項(xiàng)目電壓輸入電流輸入四通道模擬量電壓或電流的輸入，可通過對(duì)其輸入端子的選擇實(shí)現(xiàn)模擬量輸入范圍DC：-10-10V（輸入阻抗：200kΩ）（絕對(duì)最大量程±15VDC）DC：-20～20mA（輸入阻抗：250Ω）（絕對(duì)最大量程±32mA）數(shù)字量輸出范圍12位轉(zhuǎn)換結(jié)果，以16位二進(jìn)制補(bǔ)碼方式存儲(chǔ)，其輸出范圍為：-2048～+2047分辨率5mV（10V默認(rèn)范圍：1/2000）20μA(20mA默認(rèn)范圍：1/1000)轉(zhuǎn)換速度常速：15ms/通道；高速；6ms/通道外界輸入電源24（1±10﹪）V，55mA，可由PLC基本單元或擴(kuò)展單元內(nèi)部供電；5V，30mA模擬量用電源-10～10V-4～20mA或-20～20mA（1）中央處理器（CPU）與通用計(jì)算機(jī)中的CPU一樣，PLC中的CPU也是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分。它主要由算術(shù)單元，控制器，寄存器，地址總線，數(shù)據(jù)總線和控制總線組成，它們相互連接。另外，還有外圍芯片?？偩€接口和相關(guān)電路。CPU在很大程度上決定了PLC的整體性能，如整個(gè)系統(tǒng)的控制規(guī)模，工作速度和內(nèi)存容量。（2）記憶存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。用于存儲(chǔ)應(yīng)用程序軟件的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器。PLC常用的存儲(chǔ)器類型有RAM，EPROM，EEPROM等。（3）I/O模塊輸入和輸出模塊通常被稱為I/O模塊或I/O單元。PLC的外部功能主要通過各種外部I/O接口模塊與外界的接觸來實(shí)現(xiàn)。輸入模塊和輸出模塊是PLC與現(xiàn)場I/O設(shè)備或設(shè)備之間的連接部分，起到在PLC和外部設(shè)備之間傳遞信息的作用。I/O模塊上還有一個(gè)狀態(tài)顯示和I/O端子塊，便于連接和監(jiān)視。（4）電源模塊輸入和輸出接口電路是PLC和現(xiàn)場I/O設(shè)備連接的組件。它的作用是將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為PLC可以接收和處理的信號(hào)，并將CPU發(fā)送的微弱信號(hào)轉(zhuǎn)換為外部設(shè)備所需的強(qiáng)電信號(hào)。（二）通信部分電路設(shè)計(jì)3.2.1RS-232串行通信電路本文使用基于RS-232的數(shù)據(jù)傳輸模式。直接通過串口通訊模塊進(jìn)行數(shù)字傳輸，控制全數(shù)字直流調(diào)速裝置，使負(fù)載電機(jī)根據(jù)系統(tǒng)控制需要進(jìn)行操作。RS-232-C是電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）開發(fā)的串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)。RS是英文“推薦標(biāo)準(zhǔn)”的縮寫，232是標(biāo)識(shí)號(hào)，C是修改的數(shù)量。異步通信功能：發(fā)送和接收時(shí)鐘兩端并不嚴(yán)格，易于實(shí)現(xiàn)，但傳輸速率不高，一般用于50bit19200bit數(shù)據(jù)傳輸。本系統(tǒng)的串行通信接口選擇了最常見的9針RS-232接口。由于串口線路電平較高，很容易損壞開發(fā)板的接口電路芯片。為了實(shí)現(xiàn)異步串行端口通信接口的電氣圖3.8串口電路結(jié)構(gòu)圖通信兼容性，需要將5V邏輯電路與RS-232端口連接以實(shí)現(xiàn)TTL電路的電平轉(zhuǎn)換。連接。以下是串行電路結(jié)構(gòu)，如圖3.8所示。本系統(tǒng)選用CTM1050作為CAN收發(fā)器，提出一種簡單，可靠，實(shí)時(shí)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)方案。該程序可以發(fā)送和接收來自點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)或全球廣播模式的數(shù)據(jù)。CAN總線硬件包括控制器和收發(fā)器，信息控制器，仲裁器等。收發(fā)器用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。通過系統(tǒng)中的CAN總線[9]，許多CNC系統(tǒng)可以連接到PC以形成局域網(wǎng)。CRC用于檢測數(shù)據(jù)并提供相應(yīng)的錯(cuò)誤處理以確保數(shù)據(jù)通信的可靠性。在系統(tǒng)中，PLC采用CAN模塊，主要完成信息過濾，過載通知和恢復(fù)管理，如圖3.10所示。圖3.10CAN模塊結(jié)構(gòu)圖（三）操作顯示電路設(shè)計(jì)1.LCD顯示模塊的電路設(shè)計(jì)液晶顯示器采用LCD12864，即使不使用計(jì)算機(jī)，控制系統(tǒng)系統(tǒng)也能正常運(yùn)行，并且可以直觀地看到。在顯示模塊中，我們使用LCD屏幕。以下是對(duì)液晶屏的簡要介紹。與CRT顯示器相比，LCD顯示器的平板顯示技術(shù)較少，臺(tái)式機(jī)較少，功耗較低，但CRT技術(shù)更加穩(wěn)定和成熟。圖3.11PLC中LCD的電路圖PLC中的LCD控制器用于傳輸視頻數(shù)據(jù)。VD（23：0）有23個(gè)引腳用于傳輸視頻數(shù)據(jù)并生成必要的控制信號(hào)，如VDENS，VSYNC，VCLK，HSYNC等，其中VDENS是數(shù)據(jù)有效標(biāo)志信號(hào)端口，VCLK是圖像時(shí)鐘信號(hào)端口，VSYNC是幀同步信號(hào)端口，HSYNC是線路同步信號(hào)端口。除控制信號(hào)外，VD（23：0）引腳端口可實(shí)現(xiàn)更平滑的數(shù)據(jù)傳輸。LCD控制器包括REGBANK，LCDCDMA，VIDPRCS，TIMEGEN和LPC3600。SHARP自帶LCDLM057QC1T01與三菱PLC硬件接口如圖3.13控制器，而且可以驅(qū)動(dòng)所選用的液晶顯示屏。LCD接口信號(hào)線全部采用了74LVCH162245進(jìn)行了緩沖處理，可使顯示更加穩(wěn)定可靠。2.鍵盤電路的設(shè)計(jì)按鍵是采用行列式鍵盤。按鍵控制電路采用八個(gè)按鍵開關(guān)，與PLC的PO口相連，八個(gè)鍵盤分別控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行情況，其中P0.0控制電機(jī)的開啟和停止，P0.2控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向，P0.4控制電機(jī)加速，每按一次，速度增加一個(gè)等級(jí)，直到最高的速度等級(jí)。P0.6控制電機(jī)減速，若速度為最低等級(jí)，則速度保持不變，否則每按鍵一次，速度減少一個(gè)等級(jí)。用PLC的并行口P1接4×4矩陣鍵盤，以P1.0－P1.3作輸入線，以P1.4－P1.7作輸出線；液晶顯示器上顯示每個(gè)按鍵的“0－F”序號(hào)。圖3.14鍵盤硬件電路圖（四）其它信號(hào)接口電路接口電路是數(shù)控鉆床控制系統(tǒng)與外界進(jìn)行信息交換的通道。它是系統(tǒng)控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)并接收傳感器信號(hào)的橋梁。通過數(shù)控接口電路的設(shè)計(jì)，完成了鉆機(jī)的實(shí)時(shí)控制和伺服輸出功能。1.編碼器接口電路光電編碼器由光柵盤和光電檢測裝置組成。通過計(jì)算光電編碼器每秒的輸出脈沖數(shù)，可以反映電機(jī)的當(dāng)前速度。本文中使用的交流伺服電機(jī)中的光電編碼器是一種專用于國產(chǎn)刨床型號(hào)HXB-8EG05E1000B14M的增量式光電編碼器，如圖3-13所示。編碼器性能參數(shù)為：起動(dòng)轉(zhuǎn)矩0.0015N;徑向，軸向最大載荷20N，10N;最大轉(zhuǎn)速不超過6000轉(zhuǎn)/分;最大消耗電流不超過60mA;電壓范圍10?30V;信號(hào)高功率FlattoVcc*70％。本文使用美國ENCODERPRODUCTS公司生產(chǎn)的EPC-755A微型光電編碼器。圖3.15編碼信號(hào)接口電路系統(tǒng)中采用數(shù)字式旋轉(zhuǎn)編碼器和PLC共同完成這項(xiàng)工作，同時(shí)系統(tǒng)的速度反饋也是由用旋轉(zhuǎn)編碼器來完成的，它代替了傳統(tǒng)的測速發(fā)電機(jī)，把刨臺(tái)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)以數(shù)字量送到全數(shù)字直流調(diào)速裝置中去，與PLC傳輸?shù)饺珨?shù)字直流調(diào)速裝置的速度給定信號(hào)進(jìn)行比較，其差值信號(hào)輸入到全數(shù)字直流調(diào)速裝置中的速度環(huán)，用來調(diào)整主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)速使其達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。2.緊急停止信號(hào)電路為了緊急停止所有軸的驅(qū)動(dòng)，MCX314有緊急停_L信號(hào)EMGN，EMGM信號(hào)通常處于高電平，下降到低電平后，所有軸的電機(jī)立即停止。此時(shí)各軸的RR2寄存器的D5EMG位為1，EMGN信號(hào)不能選擇邏輯電平。四、鉆床PLC的軟件設(shè)計(jì)（一）PLC程序編輯語言選擇GXDeveloper編寫控制程序。GXDeveloper是三菱PLC編程軟件[9]?？删幊炭刂破髟谡{(diào)試期間連接，而不是在順序程序中連接，因?yàn)樘菪螆D邏輯測試功能使調(diào)試操作變得更加容易。CPU錯(cuò)誤借助特殊繼電器/特殊寄存器，程序通過子菜單選項(xiàng)編寫，許多程序員和PLC系統(tǒng)維護(hù)人員使用該選項(xiàng)。程序創(chuàng)建和寫入后，需要設(shè)置與PLC硬件設(shè)備的通信。編程電纜可用于連接，為生產(chǎn)過程提供了極大的方便。數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)行采用指令實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工控制系統(tǒng)。在數(shù)控鉆床中，電源接通后進(jìn)入工作狀態(tài)，PLC由按鈕開關(guān)信號(hào)控制，按設(shè)定的程序開始運(yùn)行。根據(jù)處理的適用性，在將設(shè)計(jì)好的程序?qū)懭隤LC之后，根據(jù)梯形圖中每個(gè)觸點(diǎn)的狀態(tài)和邏輯關(guān)系，系統(tǒng)將根據(jù)所選擇的處理技術(shù)繼續(xù)運(yùn)行。（二）控制程序設(shè)計(jì)分析系統(tǒng)軟件分為上位機(jī)和下位機(jī)（運(yùn)動(dòng)控制卡）兩部分?；赑C軟件的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，可為用戶提供友好，生動(dòng)的圖形界面。用戶的操作過程簡單方便。運(yùn)動(dòng)控制單元（下位機(jī)）以PLC數(shù)字信號(hào)處理為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電主軸和三臺(tái)進(jìn)給電機(jī)的控制，同時(shí)滿足鉆臺(tái)所需的外部輔助控制。PLC通過IDT7132通信實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息交換;主機(jī)向下位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)包括：控制信號(hào)，用戶參數(shù)，系統(tǒng)參數(shù)信息和處理數(shù)據(jù)信息。整個(gè)系統(tǒng)軟件包括以下功能：整體系統(tǒng)控制功能，處理數(shù)據(jù)信息修改管理功能，系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置功能，用戶界面管理功能，算法。圖4.1系統(tǒng)軟件總流程圖1.風(fēng)機(jī)油泵控制程序設(shè)計(jì)分析風(fēng)機(jī)油泵控制程序梯形圖如圖4.2所示。圖4.2風(fēng)機(jī)油泵控制程序梯形圖油泵、風(fēng)機(jī)和變頻器必須處于正常狀態(tài)的情況下工作臺(tái)才可加工運(yùn)行.在工作臺(tái)工作之前，這些輔助設(shè)備都必須正常且處于運(yùn)行狀態(tài)，在主回路通電，在未按下工作臺(tái)控制按鈕前，在橫梁、刀架和工作臺(tái)動(dòng)作前，按下SB1，輸入繼電器X002得電使變頻器和通風(fēng)機(jī)啟動(dòng)即Y005和Y010邏輯線圈導(dǎo)通。SA7動(dòng)作即輸入繼電器X016得電使?jié)櫥簤河捅眉碮006邏輯線圈導(dǎo)通。只有當(dāng)油泵（用于液壓控制及各部位潤滑）、風(fēng)機(jī)及變頻器啟動(dòng)后，才能進(jìn)行各種動(dòng)作，并為刀架走到做好準(zhǔn)備。同時(shí)在運(yùn)行中，當(dāng)油泵或主電機(jī)失電后，系統(tǒng)停止，防止無潤滑運(yùn)行和走到不切削。2.橫梁升降控制程序設(shè)計(jì)分析橫梁升降可以加大加工工作的范圍，在橫梁動(dòng)作期間工作臺(tái)不可以動(dòng)作，橫梁的移動(dòng)是點(diǎn)動(dòng)方式，在橫梁上升時(shí)，按照橫梁放松→橫梁上升→橫梁夾緊的順序動(dòng)作；橫梁下降時(shí)，按照橫梁放松→橫梁下降→橫梁夾緊的順序動(dòng)作。其控制程序梯形圖如圖4所示。圖4橫梁控制程序梯形圖（三）PLC控制程序指令通過采用FXGPWIN軟件編制好梯形圖后進(jìn)行轉(zhuǎn)換后得到以下控制程序指令，截圖后如圖4.8所示，在轉(zhuǎn)換過程中未提示程序錯(cuò)誤提示。圖4.3控制程序指令截圖五、總結(jié)這次課題設(shè)計(jì)總計(jì)費(fèi)時(shí)之久，剛開始時(shí)不知從何下手，在老師的指導(dǎo)下到圖書館查閱相關(guān)資料。有關(guān)數(shù)控上的資料翻了數(shù)次，有參考了相關(guān)設(shè)計(jì)資料，終于知道了該怎么做。接下來塞選出一系列有價(jià)值的資料，與同組同學(xué)不斷的討論、向老師請(qǐng)教，終于完成了設(shè)計(jì)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是完成B2016AL龍門刨床PLC電氣設(shè)計(jì)過程。通過對(duì)B2016AL龍門刨床的初步分析，論文把B2016AL龍門刨床系統(tǒng)的硬件和軟件兩部分進(jìn)行顯示操作、通訊子系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)。將CAN總線通訊技術(shù)成功應(yīng)用于B2016AL龍門刨床數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊中，經(jīng)過反復(fù)調(diào)試，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)基于PLC硬件運(yùn)行良好，任務(wù)分工更加合理，更加穩(wěn)定和可靠運(yùn)行，達(dá)到預(yù)期的要求。本文對(duì)電機(jī)的控制研究不多，針對(duì)主軸電機(jī)以及步進(jìn)電機(jī)協(xié)調(diào)控制方法還有待進(jìn)一步深入研究，提升龍門刨床系統(tǒng)X-Y工作臺(tái)的工作效率以及加工的準(zhǔn)確性。在今后，我們要進(jìn)一步了解運(yùn)動(dòng)控制芯片的原理與功能，改進(jìn)系統(tǒng)，充分利用運(yùn)動(dòng)控制芯片的各種功能，開發(fā)出功能更加強(qiáng)大，性能更加優(yōu)秀，更加完善的數(shù)控系統(tǒng)。此外，RS-485在硬件上留有接口，但是協(xié)議還未完成，有待于繼續(xù)開發(fā)。隨著高性能、低價(jià)格的嵌入式硬件的迅速發(fā)展，借助于開放源代碼的uC/OS-II操作系統(tǒng)及其實(shí)時(shí)擴(kuò)展，為我國數(shù)控技術(shù)水平趕超國外先進(jìn)水平提供了很好的契機(jī)。只有硬件和軟件的完美結(jié)合才能造就完美的產(chǎn)品，未來將會(huì)和軟件開發(fā)相互配合，提升系統(tǒng)性能、改善用戶體驗(yàn)。參考資料[1]王帆.龍門刨床的電氣改造及節(jié)電經(jīng)濟(jì)效益分析[J].制造技術(shù)與機(jī)床.2017(12)[2]金燕，王海平.PLC和變頻器在龍門刨床控制系統(tǒng)改造中的應(yīng)用[J].制造技術(shù)與機(jī)床.2015(11)[3]王雪潔，婁瑩.變頻調(diào)速系統(tǒng)和PLC在龍門刨床上的應(yīng)用[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù).2013(02)[4]金燕，王海平.基于S7-200PLC的龍門刨床控制系統(tǒng)[J].機(jī)電工程.2014(10)[5]關(guān)紅.PLC改造B2012A型龍門刨床的控制系統(tǒng)[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用.2013(01)[6]陶立強(qiáng)，張恒.面向龍門刨床的PLC技術(shù)研究與應(yīng)用[J].機(jī)械與電子.2013(01)[7]馬占輝.基于PLC和變頻器的龍門刨床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].煤