基于立式加工中心的数控设计毕业设计论文

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1、毕业设计（论文）设计（论文）题目： 基于立式加工中心的数控设计66重庆邮电大学本科毕业设计（论文）摘 要数控技术作为现代制造业的核心技术之一，在各行各业得到了广泛的应用，在机械制造行业当中，数控加工中心由于可以以较高的精度实现多工种加工已经成为现代机械制造业中不可缺少的加工设备。本文在选用三菱公司的PLC及M64S数控系统的基础上，设计了立式加工中心的CNC数控系统的硬件外围电路，同时利用三菱公司的DX-developer开发工具进行了PLC梯形图编程和仿真。本文主要从硬件电路和PLC程序两大部分来撰写， PLC程序又包括程序的编写和仿真，这是本论文最重要的部分，其中PLC控制程序又是本次毕业

2、设计的难点，分别在第三章和第四章。 【关键词】 M64S数控系统 加工中心 PLC梯形图 I/O接口电路 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 regardl

3、ess 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 M64S NC system for the processing center, I introduced processing center structure, NC system specifications, and PLC sele

4、ction, then use relative 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 pape

5、r, I write it in two 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

6、IV respectively.【Keywords】 M64S numerical control system machining centre control program circuitry目 录前 言1第一章 CNC数控系统概述2第一节 CNC数控系统相关介绍2一、CNC数控基本概念2二、数控系统的组成3三、数控加工中心的优缺点4四、数控技术发展回顾及未来发展趋势5第二节 PLC的选型6一、输入输出（I/O）点数的估算6二、存储器容量的估算6三、控制功能的选择6四、机型的选择8五、冗余功能的选择9六、经济性的考虑9第三节 数控系统介绍9一、三菱数控产品简介9二、三菱M64S数控系统简

7、介10第四节 本章小结13第二章 立式加工中心电气原理图设计14第一节 数控加工中心设计概述14第二节 数控加工中心主回路/电气控制回路16一、主回路/电气控制回路简述16二、主回路/电气控制回路图16第三节 本章小结19第三章 数控加工中心PLC控制程序设计20第一节 三菱数控系统软件配置20一、信号流程简述20二、信号流程图20第二节 数控加工中心输入输出信号地址22第三节 数控加工中心PLC控制程序设计步骤27第四节 数控加工中心PLC控制程序说明28一、加工中心方式选择28二、加工中心定时器程序32三、进给轴工作状态选择33四、加工中心进给轴运动方向指示灯程序34五、加工中心手轮选择及

8、其倍率设定35第五节 本章小结40第四章 M64S数控系统仿真41第一节 GX Developer软件使用说明41一、GX Developer软件的安装41二、GX Developer软件的开启步骤与设定41三、GX Developer软件的编程操作说明42第二节 PLC程序的仿真44一、PLC控制程序的传输44二、仿真结果44第三节 本章小结46结 论47致 谢49参 考 文 献50附录51一、英语资料原文51二、英语原文翻译59前 言 数控系统是现代制造系统的重要支柱之一，然而数控机床又是现代机械制造技术不可缺少的设备，它的核心是数控系统。本章针对数控技术、数控机床、数控系统的概念及发展情

9、况做简要的介绍,同时也简要介绍关于PLC选型的方法。近年来由于数控机床的快速发展，国外交直流系统数字化已经达到实用阶段。当今的计算机行业高速发展，并且计算机行业已经基本成熟，所以数控还是以PC为基础，开发以PC为基础的控制器，这样控制器可以将数控系统与PC直接连接，这样可以直接实现数据的传输，大大提高了控制器的能力，因此，在其机械行业获得了越来越广泛的应用。第一章 CNC数控系统概述第一节 CNC数控系统相关介绍一、CNC数控基本概念1、数控技术数控技术是利用数字化的信息对机床运动及加工过程进行控制的一种方法。是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。它所控制

10、的通常是位置、角度、速度等机械量和与机械能量有关的开关量。数控的产生依赖于数据载体和二进制形式数据运算的出现。1908年，穿孔的金属薄片互换式数据载体问世；19世纪末，以纸为数据载体并具有辅助功能的控制系统被发明；1938年，香农在美国麻省理工学院进行了数据快速运算和传输，奠定了现代计算机，包括计算机数字控制系统的基础。数控技术是与机床控制密切结合发展起来的，1952年，第一台数控机床问世，成为世界机械工业史上一件划时代的事件，推动了自动化的发展。 如今，数控技术也叫计算机数控技术，目前它是采用计算机实现数字程序控制的技术。这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的控制功能。由于采用计

11、算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入数据的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可以通过计算机软件来完成。2、数控系统数控是数字控制（Numerical Control NC）的简称。数控系统包括：数控装置、可编程控制器、主轴驱动器及进给装置等部分。从广义上讲，是指利用数字化信息实行控制，也是利用数字控制技术实现的自动控制系统，其被控对象可以是各种生产过程。从狭义上理解，就是利用数字化信息对机床轨迹和状态实行控制，例如数控车床、数控铣床、数控线切割机床、数控加工中心等。随着自动控制理论、电子技术、计算机技术、精密测量技术和机械制造技术的发展，数控技术正朝着高速度、高精度

12、、智能化、开放型以及高可靠性等方向迅速发展。3、数控机床数控系统与被控机床本体的结合体称为数控机床。国际信息处理联盟（International Federation Of Information Processing）第五技术委员会对数控机床做出如下定义：数控机床是一个装有程序控制系统的机床，该系统能够逻辑的处理使用代码，或其他符号编码指令规定的程序。也就是说，数控机床是一种采用计算机，利用数字信息进行控制的高效、能够进行自动化加工的机床，它能够按照机床规定的数字化代码，把各种机械位移量、工艺参数、辅助功能表示出来，经过数控系统的逻辑处理和运算，发出各种控制指令，实现要求的机械动作，自动完成

13、零件加工任务。所以，数控机床是一种灵活性很强、技术密集型及自动化程度很高的机电一体化加工设备。二、数控系统的组成数控系统一般由输入/输出装置、数控装置、伺服系统（驱动控制装置）、机床电器逻辑控制装置所组成，机床本体为被控对象，它的结构框图如图1.1所示：1、输入装置/输出装置图1.1 数控系统结构框图 输入装置将数控加工程序等各种信息输入数控装置，输入的内容及数控系统的工作状况可以通过输出装置进行观察。现在数控系统主流的输入/输出装置有磁盘驱动器、通讯网络接口、LCD及各种显示器件等。2、数控装置数控装置是数控系统的核心。它的主要功能是：正确识别和解释数控加工程序，对解释结果进行各种数据计算和

14、逻辑判断处理，完成各种输入、输出任务。其形式可以是由数字逻辑电路构成的专用硬件数控装置或计算机数控装置。前者称为硬件数控装置，或NC装置，其数控功能有硬件逻辑电路实现；后者称为CNC装置，其数控功能有硬件和软件共同实现。数控装置将数控加工程序按两类控制信息分别输出：一类是连续控制量，送往驱动控制装置；另一类是离散的开关控制量，送往机床电器逻辑控制装置。3、伺服系统伺服系统(驱动控制单元)位于数控装置和机床本体之间，包括进给轴伺服驱动装置和主轴伺服驱动装置。进给轴伺服驱动装置由位置控制单元、速度控制单元、电动机和测量反馈单元等部分组成，它按照数控装置发出的位置命令和速度控制命令正确驱动机床受控部

15、件的移动。主轴驱动装置主要由速度控制单元组成。4、机床电器控制装置机床电器控制装置位于数控装置和机床之间，接受数控装置发出的开关命令，主要完成机床主轴选速、起停和方向控制信号，换刀功能，工件装夹功能冷却、液压、气动、润滑系统控制功能以及机床其他辅助功能。其形式可以是继电器控制线路或可编程逻辑控制器(PLC)。根据不同的加工方式，机床本体可以是车床、铣床、钻床、磨床、镗床、加工中心及电加工机床等。与传统的普通机床相比，数控机床本体的外部造型、整体布局、传动系统、刀具系统及操作机构等方面都应该符合数控的要求。数控机床还配有各种辅助装置，其作用是配合机床完成对工件的加工。如切削液或油液系统中的冷却或

16、过滤装置，油液分离装置，吸尘吸雾装置、润滑装置及辅助主机实现传动和控制的气动、液动装置等。除上述通用辅助设备外，从目前数控机床技术现状看，至少还有五类辅助装置是数控机床应该配备的：对刀仪、自动编程机、自动排屑机、物料储运及上下料装置和交流稳压电源。现代数控系统采用可编程逻辑控制器（PLC）取代了传统的机床电器逻辑控制装置，即继电器控制线路，用PLC控制程序实现数控机床的各种继电器控制逻辑。PLC可位于数控装置之外，称为独立型PLC；也可以与数控装置合为一体，称为内装型PLC。三、数控加工中心的优缺点数控技术的发展已经有50多年的历史了，经过多次修正，如今它已经很成熟了。在这50年里，它没有被社

17、会发展所淘汰，证明它有许多优点，而且它的优点是无可取代的。加工中心具有精度高、定位准确、多工种加工、对操作者的技术要求低、能适应中、小批量结构复杂、精度高的加工、对工时估算容易、生产精度掌握容易。四、数控技术发展回顾及未来发展趋势1、数控（NC）阶段（1952-1970年）早期的计算机运算速度低，这对当时的科学计算和数据处理影响不大，但不能适应机床实时控制的要求。于是，人们不得不采用数字逻辑控制电路，组成机床专用计算机。这种数控装置称为硬件连接数控装置(HARD-WIRED NC)，简称为数控(NC)。随着电子元器件的发展，这个阶段又经历了三代：1952年的第一代 电子管计算机组成的数控装置；

18、1959年的第二代 晶体管计算机组成的数控装置；1965年的第三代 小规模的集成电路计算机组成的数控装置。2、计算机数控（CNC）阶段（1970年-至今）1970 年研制成功了大规模集成电路，并将其用于通用小型计算机。此时的小型计算机，其运算速度比以往的计算机有了大幅度的提高，比专用计算机成本低、可靠性提高。于是，小型计算机作为数控系统的核心部件，数控机床进入了计算机数控（CNC）阶段。1971年，美国INTEL公司在世界上的第一次将计算机的两个核心的部件运算器和控制器，采用大规模的集成电路控制技术，将其集成在一块芯片上，称为微处理器（Microprocessor），又称中央处理单元CPU。1

19、974年，微处理器应用于数控系统。虽然早期的微处理器速度和功能对数控装置来说有局限性，但可以通过多处理器结构来解决相应的问题。由于微处理器是计算机的核心部件，故此时的数控系统仍然成为计算机数控。到了1990年，PC机的性能已发展到很高的水平，可满足数控系统核心部件的要求，而且PC机的生产批量很大，软件资源丰富，价格便宜，可靠性高，数控系统从此进入基于PC的阶段。3、未来的发展当今的计算机业的高速发展，并且计算机业已经基本成熟，所以数控系统还是以PC为基础，开发以PC为基础的控制器，这种控制器可以将数控系统与PC直接连接，这样可以直接实现数据的传输，大大提高了控制器的能力，还将降低控制器的成本。

20、控制器还将采用开放式的系统构架，这样数控机床也可以像今日的计算机业一样，用户可以根据需要自行对数控机床的软、硬件进行配置，这样数控机床的功能提升了，价格降低了。同时数控机床还向小型化发展。总之，计算机数控阶段也经历了三代。即1970年的第四代小型计算机数控系统；1974年的第五代微处理器组成的数控系统；1990年的第六代基于PC的数控系统 。数控系统半个世纪经历了两个阶段六代大发展，只是发展到了第五代以后，才从根本上解决了数控系统可靠性低、价格昂贵、应用很不方便等极为关键的问题。因此，即使在工业发达国家，数控机床大规模地得到应用和普及也是在20世纪的70年代末、80年代初的事情，也就是说，数控

21、技术的发展和普及经过了近30年。第二节 PLC的选型随着PLC技术的发展，PLC产品的种类也越来越多。不同型号的PLC，其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方式、价格等也各有不同，适用的场合也各有侧重。因此，合理选用PLC，对于提高PLC控制系统的技术经济指标有着重要意义。PLC的选择主要应从PLC的机型、容量、I/O模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑。一、输入输出（I/O）点数的估算I/O 点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需根据制造厂商PLC的产品特点，对输入输出点数

22、进行调整。二、存储器容量的估算存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。存储器内存容量的估算没有固定的公式，大体上都是按数字量I/O 点数的1015倍，加上模拟I/O 点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按此数的25%考虑余量。三、控制功能的选择该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。1、运算功能简单PLC的运算功能包括逻辑运算、计时和计数功能；普通PLC的运算功能

23、还包括数据移位、比较等运算功能；较复杂运算功能有代数运算、数据传送等；大型PLC中还有模拟量的PID运算和其他高级运算功能。大多数应用场合，只需要逻辑运算和计时计数功能，有些应用需要数据传送和比较，当用于模拟量检测和控制时，才使用代数运算，数值转换和PID运算等。要显示数据时需要译码和编码等运算。2、控制功能控制功能包括PID控制运算、前馈补偿控制运算、比值控制运算等，应根据控制要求确定。PLC主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单向路或多向路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需的控制功能，提高PLC的处理速度和节省存储器容量。3、通信功能大中型PLC系统应

24、支持多种现场总线和标准通信协议。PLC系统的通信接口应包括串行和并行通信接口、RIO通信口、工业以太网、常用DCS接口等；大中型PLC通信总线(含接口设备和电缆)应1：1冗余配置，通信总线应符合国际标准，通信距离应满足装置实际要求。根据网络组成的实际需要，应选择具有不同通信功能的（如点对点、现场总线、工业以太网）通信处理器。4、编程功能离线编程方式：PLC和编程器公用一个CPU，编程器在编程模式时，CPU只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。完成编程后，编程器切换到运行模式，CPU对现场设备进行控制，不能进行编程。离线编程方式可降低系统成本，但使用和调试不方便。在线编程方式：CPU和编程器

25、有各自的CPU，主机CPU负责现场控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运行。这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型PLC中常采用。5、诊断功能PLC的诊断功能包括硬件和软件的诊断。硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。通过软件对PLC内部的性能和功能进行诊断是内诊断，通过软件对PLC的CPU与外部输入输出等部件信息交换功能进行诊断是外诊断。6、处理速度PLC采用扫描方式工作。从实时性要求来看，处理速度应越快越好，如果信号持续时间小于扫描时间，则PLC将扫描不到该信号

26、，造成信号数据的丢失。处理速度与用户程序的长度、CPU处理速度、软件质量等有关。四、机型的选择1、 PLC的类型 PLC按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。 整体型PLC的I/O点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型PLC提供多种I/O卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的I/O点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。2、 输入输出模块的选择 输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。例如对输入模块，应考虑信号

27、电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对输出模块，应考虑选用的输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范围广、寿命短、响应时间较长等特点；可控硅输出模块适用于开关频繁，电感性低功率因数负荷场合，但价格较贵，过载能力较差。3、电源的选择 一般PLC的供电电源应设计选用220VAC电源，与国内电网电压一致。重要的应用场合，应采用不间断电源或稳压电源供电。如果PLC本身带有可使用电源时，应核对提供的电流是否满足应用要求，否则应设计外接供电电源。为防止外部高压电源因误操作而引入PLC，对输入和输出信号的隔离是必要的。4、存储器的选择为保证应用项目的正常投运，一般要求PLC的

28、存储器容量，按256个I/O点至少选8K存储器选择。需要复杂控制功能时，应选择容量更大，档次更高的存储器。五、冗余功能的选择1、控制单元的冗余 重要的过程单元：CPU(包括存储器)及电源均应1比1冗余；在需要时也可选用PLC硬件与热备软件构成的热备冗余系统、2重化或3重化冗余容错系统等。2、 I/O接口单元的冗余 控制回路的多点I/O卡应冗余配置；重要监测点的多点I/O卡可冗余配置；对重要的I/O信号，可选用2重化或3重化的I/O接口单元。六、经济性的考虑选择PLC时，应考虑性能价格比。考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出较满意的产品。输

29、入输出点数对价格有直接影响。每增加一块输入输出卡件就需增加一定的费用。当点数增加到某一数值后，相应的存储器容量、机架、母板等也要相应增加，因此，点数的增加对CPU选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响。在估算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比。第三节 数控系统介绍一、三菱数控产品简介 三菱公司是国际上有影响力的著名企业，其生产的产品以性能好、质量稳定可靠获得广大用户的一致好评，近几年来，三菱电机公司加大了在中国大陆推广CNC数控系统的力度。数控机床的核心是控制器，三菱公司推出了高质量、高性价比的CNC系统，它提供了丰富而先进的功能。目前在中国市场推广使用的有普及型的E

30、60系列，高性能的M60S系列数控系统，以及用于汽车生产线的高档C64 CNC数控系统，今年又推出了E68、M700等系列CNC数控系统。二、三菱M64S数控系统简介1、数控加工中心结构数控加工中心的结构框图如图1.5所示：图1.5 数控加工中心电气组成结构框图由图1.5结构框图可知，加工中心电气组成分别由CNC数控系统，进给伺服轴，主轴及其他轴电力电器、电机等组成。2、三菱M64S数控系统规格三菱M64S数控系统主要规格参数见下表1.1：表1.1 三菱M64S数控系统主要规格车削系统钻削系统、铣削系统型号M64SLM64SM最大控制轴数147最大NC轴数126最大主轴数4最大PLC轴数2同时

31、联动轴数4辅助轴数4PLC开发工具GX Developer程序存储容量（标准/最大）40/5120显示单元单色CRT （9寸）单色LCD（7.2寸 10.4寸）彩色LCD（10.4寸）MELSEC网络CC-LINK3.三菱M64S数控系统结构三菱M64S数控系统具有一般通用数控系统的结构,分别由控制单元/显示单元、基本I/O单元、伺服驱动单元、伺服电机、远程I/O单元、RS-232等设备组成，如图所示：图1.6(a) 三菱M64S数控系统结构三菱M64S数控数控系统的功能强大，故当其用于加工中心时的各功能组件也很多，有些组件在本次设计中并未遇到，所以在此次设计中可将系统结构稍作简化，如图1.6

32、（b）所示，每一个单元的安装与连接在下面章节均有介绍。图 1.6（b） 三菱M64S数控系统结构4、三菱M64S数控系统的特点（1）所有M64S系列控制器都标准配备了RISC 64 位CPU，具备目前世界上最高水准的硬件性能。（2）高速高精度即能对应，尤为适合模具加工。（3）SSS（Super Smooth Surface）超高平滑表面控制，大幅改善模具加工精度及时间要求。（4）标准内藏对应全世界主要通用的12种多国语言操作界面。（5）可对应内含以太网络和IC卡界面，即使在程序运转中，所有内藏资料都可以传输对立。（6）坐标显示转换可自由切换（程序值显示或手动插入量显示切换）（7）标准内藏波形显

33、示功能，工件位置坐标及中心点测量功能。（8）缓冲区修正机能扩展，可对应HPS/计算机链接B/DNC/记忆/MDI等模式。（9）图形显示机能改进；可含有刀具路径资料，以充分显示工件坐标及刀具补偿的实际位置。（10）简易式对话程序软件。（11）可对应Windows操作环境的PLC开发软件GX Developer。（12）特殊G代码和固定循环程序，如G12/13，G34/35/36，G37.1等。（13）新机能扩展追加，根据市场，满足客户请求，详细给营业单位。第四节 本章小结本章主要介绍CNC数控系统的基本概念、组成和特点，经过对PLC选型方法的介绍，我选择了三菱M64S作为此次立式加工中心设计的中

34、心部分，三菱M64S数控系统是目前比较先进的控制系统，同时我也列出了三菱M64S的一些特点。对CNC系统有了一定的了解后，我们就可以设计其电气原理图和主电路图。第二章 立式加工中心电气原理图设计第一节 数控加工中心设计概述数控加工中心拥有较为复杂的机械结构，它需要多个电机来完成其相应的功能，比如：刀臂电机、刀库电机、切削液电机、主轴冷却液电机、排屑电机以及主轴和进给轴的伺服电机等。这些电机的功率大小和速度都是根据数控加工中心的机械结构来选择的。在本次毕业设计中是基于数控加工中心510来进行的，所以进给轴驱动使用MDS-B-SPJ2-37，进给轴电机X、Y轴使用型号为HC152T-A47的伺服电

35、机，Z轴使用型号为HC152BT-A47与其他两进给轴之间的区别在于有包闸功能,主轴驱动单元型号为MDS-B-SPJ2-37，主轴电机型号SJ-PF3.7-01。数控加工中心的核心部分是控制单元，本毕业设计中选用三菱M64S数控系统，它包括控制单元FCA65S、监控单元FCU6-DUN33+KB20/KB30、基本I/O单元FCU6-DX451、手轮HD-60。通过他们之间的共同作用可以控制加工中心各个运动部件和加工部件。加工中心的电气控制设计如图2.1所示，共有以下几个部分组成，包括CNC电路，电器主电路，PLC和 IO接口电路等，三菱M64S控制单元，它是整个数控系统的核心，是对数据进行操

36、作和运算，并输出相关命令等。显示单元主要是显示有关信息，以便人机交互。基本IO单元主要是NC系统与操作面板机床纤维开关，指示灯等之间信号的传输。其内部软件设计主要是PLC程序和各个NC参数的设定。加工中心电气总框图如下： 图2.1 加工中心电气图第二节 数控加工中心主回路/电气控制回路一、主回路/电气控制回路简述作为通用数控加工中心，在主回路部分我设计了冷却电机和排屑电机，分别由相应的接触器控制其运转，同时电机要接地。电气控制回路部分控制电压220V由电源直接供电。该部分我设计了伺服电源控制电路、24V电源控制电路、冷却控制电路、排屑控制电路、刀库、刀臂电路及照明电路。其中伺服电源控制回路与N

37、C电源是分开控制。照明24V电源通过变压器提供。二、主回路/电气控制回路图1、主电路如图2.2为数控加工中心主回路，图中的几个电机为三相交流异步电机额定电压是380V，是依照数控加工中心510的机械结构选择的，在伺服部分，由于在本次毕业设计中选用的驱动以及进给电机和主轴电机是日本三菱公司生产的，所以其额定电压为三相220V交流，故需要加变压器来获得相应的电压，变压器的功率最小值为伺服强电部分中各电器功率之和的1.2倍。如图2.2 所示：图2.2 主电路2、电气控制单元回路及电路总图如图2.3所示，是电气控制电路，也就是说在加工中心要完成的各项动作都是PLC的输出与这个电路相联系才能实现的，图中

38、的PLC输出地址单元为Y28、Y12、YA、YB、Y2D、YF、Y2A、Y2C、Y27等，这些是在PLC程序中规定的相应的地址，通过控制面板上的输入触点的信号输入来控制对应的输出。例如：刀库正转信号Y2D，当其有信号输出时，其下面所连接的继电器线圈KA4通电且二极管作为指示灯发光，图2.3中继电器的常开触点闭合，接触器线圈KM4通电，所以主电路（图2.2）中接触器KM4主触点接通刀库电机正转，其他原理相同。在数控加工中心中，三个进给轴由于机械结构的限制，一定要有相应的限位开关，每个轴在正负方向上都是需要的，所以在这里我有限位开关SQX-1、SQX-2、SQY-1、SQY-2、SQZ-1、SQZ

39、-2来表示，当加工中心运行范围超过这几个限位开关时，其常闭开关打开，继电器KA9线圈停止通电，其常开触点闭合，相应的伺服强电部分停止运作，在将加工中心做相应的调整之后要解除超程，按钮SB2可完成这一功能。图2.3 电气控制单元回路 图2.4 电路总图第三节 本章小结本章着重介绍了加工中心机械部分包括电机等电气设备连接图的设计，同时也设计了电气控制回路和主电路图。在本次毕业设计中，电气原理图的设计是很重要的一部分，此部分主要是我的搭档负责设计的，此外PLC控制程序也是立式加工中心必不可少的一部分，我主要负责对这部分的设计。第三章 数控加工中心PLC控制程序设计第一节 三菱数控系统软件配置一、信号

40、流程简述为了更全面的了解三菱数控系统如何的运作，我们需要对其内部的信号流程有整体的认识。从信号流程图可以看出，一台数控加工中心内部信号的交换大体可以划分三部分，即控制器、机器/机器操作面板、可编程逻辑控制器(PLC)。其中控制器与 PLC之间的信号是数控系统内部规定的，不提供开发，控制器向PLC输入X信号(X180之后的信号)，用于系统向PLC输入执行命令，PLC向控制器输出Y信号(Y180之后的信号)，要具体应用得通过查阅PLC接口手册；机器/机器操作面板与可编程逻辑控制器的信号只有X、Y信号，即一些开关量的输入输出信号，这些信号要通过工程人员的开发实现某种功能，控制器与机器/机器操作面板之

41、间不存在直接的信号交换。二、信号流程图信号流程图是根据数控机床系统信息交换绘制而成，它让我们可以更直观的了解数控机床内部信息的流向，如图3.1所示：（扫描时间程序大小而定）7.1毫秒一次在高速处理程序的标题处开始传输（7.1毫秒一次）在主程序的标题处开始传输YYXXXY机器/机器操作面板内部继电器、锁存寄存器等（M、F、L。）机器的输入/输出信号（X,Y）高速程序主程序梯形图控制器和机器的输入/输出信号（X,Y）在控制器中输入的信号.输出控制器内信号控制器PLCDDB图3.1 信号流程图第二节 数控加工中心输入输出信号地址三菱M64S数控系统的输入输出的硬件有基本I/O单元、远程I/O单元。三

42、菱M64S数控系统提供给工程技术人员开发的最大数字输入信号256个，最大数字输出信号240个，包括基本I/O单元和远程I/O单元。要作说明的是PLC开关，我们在屏幕上可以设定32个PLC开关并执行开/关操作。这些开关可以作为机床操作开关的一部分，其用途可以由PLC程序自由定义，每个开关的名称可以随PLC确定并显示在屏幕画面上。在设计中我所使用的控制面板如图3.2所示：图3.2 控制面板至于CNC到PLC的信号和PLC到CNC的信号，由于信号都是固定，工程人员一般是不可以开发的。通过查阅三菱数控系统PLC手册即可。我将控制面板上的一些输入信号地址规定如下表。表3.1 HR337 INPUT DI

43、1 （操作面板信号）元件信号简称信号名称元件信号简称信号名称X0MODE SELECT(A)B20X10F5F5功能A20X1MODE SELECT(F)B19X11+XX轴正方向A19X2MODE SELECT(B)B18X12保留A18X3RAPID TRAVERSE(A)B17X13-XX轴负方向A17X4RAPID TRAVERSE(F)B16X14O T REL过行程解除A16X5SPINDL OVERRIDE(A)B15X15+YY轴正方向A15X6SPINDL OVERRIDE(F)B14X16-ZZ轴负方向A14X7SPINDL OVERRIDE(B)B13X17+4第四轴正方

44、向A13X8MSTNCRESET系统使用B12X18F6F6功能A12X9FEEDRATEOVERRI(A)B11X19O R I主轴定位A11XAFEEDRATEOVERRI(F)B10X1ASP CCW主轴反转A10XBFEEDRATEOVERRI(B)B09X1BSP STOP主轴停止A09XCFEEDRATEOVERRI(E)B08X1CSP CW主轴正转A08XD-4第四轴负方向B07X1DS B K单节程式执行A07XE+ZZ轴正方向B06X1EM01选择性停止A06XF-YY轴负方向B05X1FD R N试运转A05注：机床锁定通过接通“机床锁定”信号加到所有轴表3.2 HR33

45、7 INPUT DI2 (机床输入信号)元件信号简称信号名称元件信号简称信号名称X20B D T单节删除B20X30F4F4功能A20X21M L K机器锁固B19X31保留A19X22Z LOOKZ轴锁固B18X32保留A18X23A F L辅助机能锁固B17X33保留A17X24F1F1功能B16X34保留A16X25FEED HOID暂停B15X35保留A15X26CYCLE START程式启动B14X36保留A14X27保留B13X37保留A13X28OFF/ONEDIT钥匙B12X38保留A12X29AUTO冷却水自动B11X39保留A11X2AMAN冷却水手动B10X3A保留A10

46、X2BAIR BLOW气压B09X3B保留A09X2CCHIP CVY卷切削动作B08X3C保留A08X2DMAG CW刀库正转B07X3D保留A07X2EF2F2功能B06X3E保留A06X2FF3F3功能B05X3F急停急停A05 注：行程极限的地址基本固定表3.3 OUTPUT HR3337(操作面板信号)元件信号简称信号名称元件信号简称信号名称Y0X轴归原点B20Y10F5F5功能A20Y1Y轴归原点B19Y11+XX轴正行程A19Y2Z轴归原点B18Y12超程A18Y3第四轴归原点B17Y13-XX轴负行程A17Y4CLAMP(夹/松刀)B16Y14O T REL过行程解除A16Y5

47、M02/M30B15Y15+YY轴正行程A15Y6NCNC报警B14Y16-ZZ轴负行程A14Y7M failB13Y17+4第四轴正方向A13Y8LUBE润滑油报警B12Y18F6F6功能A12Y9F4F4功能B11Y19O R I主轴定位A11YA刀臂正转B10Y1ASP CCW主轴反转A10YB刀臂反转B09Y1BSP STOP主轴停止A09YC-4第四轴负方向B08Y1CSP CW主轴正转A08YD+ZZ轴正方向B07Y1DS B K单节程式执行A07YE-YY轴负方向B06Y1EM01选择性停止A06YF刀库反转B05Y1FD R N试运转A05表3.4 OUTPUT HR337(操

48、作面板信号)元件信号简称信号名称元件信号简称信号名称Y20B D T单节删除B20A20Y21M L K机器锁固B19A19Y22Z LOOKZ轴锁固B18A18Y23A F L辅助机能锁固B17A17Y24F1F1功能B16A16Y25FEED HOID暂停B15A15Y26CYCLE START程式启动B14A14Y27Spindle coolB13A13Y28伺服强电B12A12Y29AUTO冷却水自动B11A11Y2AMAN冷却水手动B10A10Y2BAIR BLOW气压B09A09Y2CCHIP CVY卷切削动作B08A08Y2DMAG CW刀库正转B07A07Y2EF2F2功能B0

49、6A06Y2FF3F3功能B05A05第三节 数控加工中心PLC控制程序设计步骤梯形图程序的设计是本次设计的重点和难点，在整个开发工程中，我是按照以下步骤完成PLC程序设计的：表3.5 三菱数控编程步骤：1急停2常数及初始脉冲3方式:AUTO，MDI，ZRN，JOG，RAPID，INC，DNC4自动方式（AUTO，MDI，DNC）手动方式（ZRN，JOG，INC）5方式指示灯6累积时间，互锁（Y234，Y235，Y21B，Y21C）7闪烁脉冲8轴有效（Y188，Y189）9+X，+Z，-X，-Z10参考点自保处理11回参考点指示灯（回时闪烁，到达时常亮）12+J，-J（Y1E0，Y1E1，Y1

50、D8，Y1D9）13正向移动，反向移动指示灯14主轴倍率（Y28F，R28，R108）15切削倍率（Y2B7，Y136，Y2B8）16手轮倍率17手轮类别18手轮类别指示区别19快速移动倍率（R134）20Y29A，辅助功能锁定21机械锁定22ORT 空运行，（指示灯）23BDT Y23F 程序跳过24单节执行 Y21A25数据锁定（Y238，Y239，Y23A）26自动启动Y218 指示27暂停Y219 指示28主轴正转，反转（M03，M04，M05，Y2D0，Y2D1）29重置，复位，倒带（Y220，Y222）30辅助功能（R20，Y226，Y227）第四节 数控加工中心PLC控制程序说明

51、一、加工中心方式选择在操作面板上是用扭转开关来控制加工中心的工作方式的，来自控制面板输入量MODE SELECT(A)、MODE SELECT(F)、MODE SELECT(B)，在控制面板内部规定与此对应的输入量地址为X0、X1、X2，PLC输出信号地址从PLC接口手册中查得，见表3.6 所示：表3.6 方式选择列表方式X0X1X2DNC方式（Y211）000手轮方式（Y209）001记忆方式MEM（Y210）010快速移动方式（Y22E）011增量方式（Y20A）100JOG方式（Y208）101MDI方式（Y213）110回原点ZRN（Y20C）111由于各个工作方式之间不能同时出现，如

52、若不然可能会出现安全事故，故在编程时需要进行互锁。梯形图如图3.3所示： 图3.3 方式选择梯形图二、加工中心定时器程序在数控加工中心中会需要很多指示灯的出现即完成指令时指示灯亮，但在有些指令执行中需要一定的时间才能完成，比如刀具在回原点过程当中，需要一定的移动时间，而在移动过程中则需要指示灯闪烁来告诉操作者此时加工中心的工作状态，在本次设计中我是采用定时器来完成这一功能的，共使用了六个定时器来满足加工中心的需要分别为T16、T17、T18、T19、T20、T21，梯形图如图3.4所示：图3.4 定时器梯形三、进给轴工作状态选择在数控加工中心中进给轴有三个即X、Y、Z轴，在数控系统中地址Y18

53、8-Y18A分别代表第一、二、三轴有效，置“1”为伺服断开即伺服电机保持静止，在操作面板上分别由相应的按钮来控制各个轴的运动，其输入地址是自行编订的，见下表。表3.7X11X轴正向移动X13X轴负向移动X15Y轴正向移动X0FY轴负向移动X0EZ轴正向移动X16Z轴负向移动由于各个进给轴的运动在很多时候都会用到，比如：回原点的（ZRN方式）或自动方式，所以在本次设计中采用中间继电器来表示进给轴的运动以便在各种需要的程序段中可以方便的使用，梯形图如图3.5所示：图3.5 进给轴状态选择梯形图四、加工中心进给轴运动方向指示灯程序在加工中心工作时，各个进给轴自然需要在正负方向移动，为了能够更明显的显

54、示出各种状态，我在设计中引进了指示灯，为了区分指令执行过程中和指令执行结束，我们需要通过指示灯来区分。例如：当轴返回原点时，在到达终点之前要相应的指示灯闪烁，等到达终点之后指示灯常亮，程序如图4.6所示：图3.6 回原点指示灯程序五、加工中心手轮选择及其倍率设定在此程序中，PLC地址主要来自控制面板提供的RAPID TRAVERSE(A)、RAPID TRAVERSE(F)，与其对应的输入量地址为X3、X4。在三菱数控系统中，可使用两个手轮，在本设计中只采用一个即第一手轮有效，PLC输出地址为Y24F，而X1E1表示加工中心为JOG方式，当其置“1”时，第一手轮（Y24F）有效。手轮倍率的选择

55、有两种方法，它们取决于元件Y2C7的状态，当其接入时采用文件寄存器相乘法，当其断开时为代码进给相乘法，这种方法有一定的局限性，即在MP1、MP2、MP4乘法码中的倍率是固定的，但由于本次设计采用的控制面板是固定的，所以在此选择前一种方法，通过X3和X4的二进制组合来选通倍率选择的中间寄存器，接着是将所需的倍率基数传入文件寄存器R140中，梯形图如图3.7所示：图3.7 手轮选通和倍率选择梯形图六、加工中心主轴倍率选定程序在这一部分程序中，我们的PLC地址主要来自于控制面板中的提供的输入量SPINDL OVERRIDE（A）、SPINDL OVERRIDE（F）、SPINDL OVERRIDE（

56、B），与此对应的输入量地址为X5、X6、X7。在三菱PLC接口手册中规定主轴倍率选定信号为SPS，元件地址为Y28F。SPS信号有两种设定方法，一种是当常开时，它是用代码法来实现调速的，当常闭时，它是用文件寄存器法来控制的。在这里我们是用的文件寄存器法。这种倍率选择法与代码法比起来主要的好处是倍率可以在0%200%范围之间，增量为1%。它将倍率值用二进位码存入文件寄存器R148中的。图3.8为主轴倍率选定方法PLC程序梯形图在图中，可以看出数控系统中用X5、X6、X7的通断组合排列来实现主轴的调速控制，其中它的倍率是直接送到寄存器R148中的，实现的语句为MOV k* R148 ，其中的“*”

57、号为倍率，在语句的实现中只要将要输入的倍率直接代替*即可： 图3.8 主轴倍率选定方法PLC程序梯形图七、M功能指令的实现M代码是由PLC及NC的处理，来决定机台的动作，现以M码功能表来举例如下:表3.8代码功能代码功能M00程序暂停M01选择性程序暂停M02程序停止M03主轴正转M04主轴反转M05主轴停止M06自动换刀执行M08冷却液开M09冷却液关M代码需要PLC输入信号X230-X233来选通，它是由NC给与的输入信号，这个信号表示，第一组MD代码是根据自动操作（存储器、MDI、纸带）加工程序或手动数字命令输入来接受命令。下面以主轴正、反转和主轴停止来说明其相应的梯形图，如图3.9所示：图3.9 M代码的实现第五节 本章小结本章重