基于PLC的数控机床控制系统设计.docx

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基于PLC的数控机床控制系统设计

摘要

可编程控制器（PLC）广泛应用于数控机床等工业控制中。

数控机床的控制部分可分为数字控制和顺序控制两部分。

本文描述了数控机床的基本组成、工作原理、分类及各自的特点。

并且对数控机床中的PLC作了详细的介绍，把PLC在数控机床上的控制做了设计。

然后以摇臂钻床Z3040为例，描述了它的设计过程，包括控制系统电路的分析，Z3040摇臂钻床原理图，用PLC编写程序对机床进行控制。

关键词：

可编程控制器数控机床数字控制顺序控制

ABSTRACT

Programmablecontroller（PLC）iswidelyusedinncmachinetoolsandotherindustrialcontrol.PartofCNCcontrolcanbedividedintodigitalcontrolandsequencecontroltwoparts.

ThispaperdescribesthebasicCNCcomposition,workingprinciple,classificationandtheirrespectivecharacteristics.AndthePLCforncmachinetoolshavealsobeenintroducedindetail,thePLCinthecontrolncmachinedesign.ThenZ3040withradialdrillingmachineasanexample,describesitsdesignprocess,includingcontrolsystemcircuitanalysis,Z3040radialdrillingmachineprinciplediagram,usingPLCprogrammingcontrolofmachine.

Keywords:

programmablecontroller；ncmachinetools；digitalcontrol；sequencecontrol；

摘要……………………………………………………………………………………………1

Abstract…………………………………………………………………………………………2

1绪论…………………………………………………………………………………………3

1.1数控机床的发展……………………………………………………………………………3

1.2数控机床原理和特点………………………………………………………………………4

1.3数控机床的结构……………………………………………………………………………6

2PLC的概述………………………………………………………………………………6

2.1PLC的基本特点…………………………………………………………………………7

2.2PLC的工作原理……………………………………………………………………………8

2.3数控机床采用PLC电气控制系统的优点…………………………………………………9

2.3.1PLC与继电器、接触器相比较……………………………………………………9

2.3.2PLC与单片机比较…………………………………………………………………10

3Z3040摇臂钻床的基本概述………………………………………………………………11

3.1Z3040摇臂钻床控制线路概述…………………………………………………12

3.1.1操纵机构液压系统……………………………………………………12

3.1.2夹紧机构液压系统………………………………………………………12

3.2Z3040摇臂钻床控制线路原理分析……………………………………………………12

3.3Z3040摇臂钻床控制线路主电路分析……………………………………………………14

3.4Z3040摇臂钻床控制线路控制电路分析………………………………………………14

3.4.1主电动机控制电路…………………………………………………………………14

3.4.2摇臂升降控制电路……………………………………………………………14

3.4.3立柱和主轴箱松开、夹紧控制电路…………………………………………15

3.4.4冷却泵控制电路……………………………………………………………………16

3.4.5照明、信号线路电路………………………………………………………………16

4Z3040摇臂钻床的PLC控制系统…………………………………………………16

4.1PLC的选型…………………………………………………………………………………17

4.1.1确定I/O点数………………………………………………………………17

4.1.2选配PLC的型号……………………………………………………………………17

4.2Z3040摇臂钻床的PLC控制I/0（输入、输出）地址分配表…………………………19

4.3PLC控制系统分析……………………………………………………………………19

4.3.1主轴电动机控制………………………………………………………………20

4.3.2摇臂升降控制……………………………………………………………………20

4.3.3立柱与主轴松开、夹紧控制……………………………………………………20

4.4PLC梯形图程序设计…………………………………………………………………20

4.4.1系统预开程序…………………………………………………………………21

4.4.2主轴电动机控制程序………………………………………………………………21

4.4.3摇臂升降控制程序………………………………………………………………22

4.4.4立柱箱、立柱、摇臂松开、夹紧控制程序……………………………………22

4.4.5立柱箱、立柱松开、夹紧控制程序………………………………………23

4.4.6冷却泵控制………………………………………………………………23

4.4.7信号指示梯形图程序………………………………………………………………24

4.4.8完整的PLC控制梯形图………………………………………………………24

参考文献…………………………………………………………………………………25

附录……………………………………………………………………………………26

总结……………………………………………………………………………………31

致谢…………………………………………………………………………32

1绪论

随着科学技术的发展，机电产品日趋精密复杂。

产品的精度要求越来越高、更新换代的周期也越来越短，从而促进了现代制造业的发展。

尤其是宇航、军工、造船、汽车和模具加工等行业，用普通机床进行加工（精度低、效率低、劳动度大）已无法满足生产要求，从而一种新型的用数字程序控制的机床应运而生。

这种机床是一种综合运用了计算机技术、自动控制、精密测量和机械设计等新技术的机电一体化典型产品。

数控机床是一种装有程序控制系统（数控系统）的自动化机床。

该系统能够逻辑地处理具有使用号码，或其他符号编码指令（刀具移动轨迹信息）规定的程序。

具体地讲，把数字化了的刀具移动轨迹的信息输入到数控装置，经过译码、运算，从而实现控制刀具与工件相对运动，加工出所需要的零件的机床，即为数控机床。

1.1数控机床的发展

⑴高速度高精度化

数控系统的高速度高精度化要求数控系统在读入加工指令数据后，能高速度计算出伺服电动机的位移量，并能控制伺服电动机高速度准确地运动。

此外，要实现生产系统的高速度化，还必须要求主轴转速、进给率、刀具交换、托板交换等实现高速度化。

提高微处理器的位数和速度是提高CNC速度的最有效的手段。

⑵智能化

数控系统应用高级速的重要目标是智能化。

智能化技术主要体现在以下方面。

自适应控制技术，自适应控制系统（AC,adaptivecontrol）可对机床主轴转矩、功率、切削力、切削温度、刀具磨损等参数值进行自动测量，并由CPU进行比较运算后，发出修改主轴转速和进给量大小的信号，确保AC系统处于最佳切削状态，从而在保证加工质量条件下，使加工成本最低或生产率最高。

附加人机会话自动变成功能建立切削用量专家系统和示教系统，从而提高变成效率和降低对变成操作人员的技术水平的要求。

具有设备故障自诊断功能数控系统出了故障，控制系统能够进行自诊断，并自动采取排除故障的措施，以适应长时间无人操作环境的要求。

3.计算机群控

计算机群控也叫做计算机直线数控系统（DNC）。

它是用一台大型通用计算机为数台数控机床进行编程，并直接控制一群数控机床的系统。

⑸机床的发展趋势

数控机床总的发展趋势是工序集中、高速、高效、高精度以及方便使用、提高可靠性等。

工序集中20世纪50年代末期，在一般数控机床的基础上开发了数控加工中心，即自备刀具库的自动换刀数控机床。

在加工中心机床上，工件一次装夹后，机床的机械手可以自动更换刀具，连续的对工件进行多种工序加工。

目前，加工中心机床的刀具库容量达到100多把刀具，自动换刀装置的换刀时间仅需0.5~2秒。

加工中心机床使工序集中在一台机床上完成，减少了由于工序分散，工件多次安装引起的定位误差，提高了加工精度，同时也减少了机床的台数与占地面积，压缩了半成品的库存量，减少了工序间的辅助时间，有效的提高了数控机床的生产效率和数控加工的经济效益。

高速、高效、高精度是机械加工的目标，数控机床因其价格昂贵，在上述三方面的发展也更为突出。

数控机床制造厂把建立友好的人机界面、提高数控机床的可靠性作为提高竞争能力的主要方面。

手工编程和自动编程已经使用了几十年，有了长足的发展，在手工编程方面，开发多种加工循环、参数编程和除直线、圆弧以外的各种插补功能，CAD/CAM的研究发展，从技术上来讲可以替代手工编程。

但是一套适用的CAD/CAM软件加上计算机硬件，投资较大，学习、掌握时间较长，对大多数的简单工件很不经济。

近年来，发展起来的图形交互式编程系统（WOP,又称面向车间编程），很受用户欢迎。

这种编程方式不使用G/M代码，而是借助图形菜单，输入整个图形块以及相应参数作为加工指令，形成加工程序，与传统加工时的思维方式类似。

图形交互编程方法在制定标准后，有可能成为各种型号的数控机床统一的编程方法。

数控机床普遍采用彩色CRT进行人机对话、图形显示和图形模拟的。

有的数控机床将采用说明书、编程指南、润滑指南等存入系统供使用者调阅。

1.2数控机床原理和特点

在对零件进行数控加工之前，首先要根据被加工零件的图样和工艺方案，用规定的代码和程序格式编写加工程序，并用适当的方法将程序指令输入到机床的数控装置中。

数控系统对输入的加工程序进行译码、运算之后，想机床输出各种信息和指令，控制其各部分按规定有序地动作（包括机床主运动的变速、启停，进给运动的速度、方向和位移大小，以及其他诸如刀具选择交换、工件夹紧松开和冷却润滑液的启、停等）。

伺服系统的作用就是将进给速度、位移量等信息转换成机床的进给运动，数控系统要求伺服系统能准确、快速地跟随控制信息，执行机械运动，同时，检测犯规系统将机械运动的实际位置、速度等信息反馈至数控系统中，并与指令数值进行比较后发出相应指令，修正所产生的偏差，提高数控机床的位置控制精度。

总之，数控机床的运行在数控系统的严密监控下，处在不断地计算、输入、输出、反馈等控制过程中，从