C5112B立式数控车床的PLC设计.docx

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C5112B立式数控车床的PLC设计

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毕业设计（论文）

C5112B立式数控车床的PLC设计

PLCDESIGNVERTICALCNCLATHEC5112B

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摘要

由于迅速发展的信息化产业，数控机床具有的功用越来越多了。

数控机床淘汰以往的一般机床的前景已经是大趋所势。

因为数控机床研发开展的一直持续不断，一般工业上生产所需求的传统意义上的继电器式的控制系统已然是不行了。

然而对于PLC来说，因为它很高的可靠性，很强的抗干扰的功能；极强的功能性，极高的性价比性；较全的硬件配套，这些都会使得用户使用起来相当的方便，它的适应性是非常强大的；编程的方法也会比较的简单容易学习等等的突出特点，这些早就了PLC已然做到了用户的第一选择。

在这整个大前提之下，本文展开了立式数控机床的PLC整体的设计的方法。

本文概括了当下数控机床的基本构成、工作的原理、类别及各部分的特点。

此外对车床上PLC部分作出了较为详细的介绍与说明，而且描绘出PLC在一般机床上的具体一般工作流程，对设计的流程各部分做出了具体意义上的分析。

本文主要讲了立式车床C5112B的PLC设计，解释说明了PLC部分的整体设计的流程，还解释说明了PLC故障之后，一些用户较为基本的维修方法。

关键词数控机床；C5112B立式车床；可编程控制器

Abstract

Duetotherapiddevelopmentofinformationindustry,CNCmachinetoolswithfeaturesofamoreextensive,CNCmachinetoolseliminatetheconventionalcommonphenomenonisalreadyabigtrendofthesituation,duetothecontinuousdevelopmentofCNCmachinetools,generalindustrialproductionneedsrelay-typecontrolsysteminthetraditionalsenseisalreadystrained,butrelativelyPLC（programmablelogiccontroller）,becauseofitshighreliability,stronganti-jammingcapabilities;highlyfunctional,highThecostof;completehardwarepackage,whichwillenabletheusertousequiteconvenient,itsflexibilityisverystrong;themethodofprogrammingwillbemoresimpleandsoeasytolearnthesalientfeatures,whichhaslongbeenalreadyPLCWedidthefirstchoiceforusers.Underthiswholepremise,thepaperlaunchedadesignideaverticalCNCmachinemacroPLCon.

ThispaperoutlinesthebasicstructureofthecurrentCNCmachinetools,workingprinciples,featurescategoryeachpart.AlsopartofthelathePLCmadeamoredetaileddescriptionandexplanation,anddepictsthegeneralworkflowPLCspecificmachineingeneral,foreachpartofthedesignprocesstomaketheanalysisofspecificsense.ThispaperstressestheverticallatheC5112BofPLCdesign,explainstheoveralldesignofthePLCpartoftheprocess,butalsoexplainsthePLCafterafailure,someusersaremorebasicmaintenancemethods.

KeywordsCNCC5112BPLC

目录

摘要I

AbstractII

1绪论1

1.1选课依据及意义1

1.2数控机床的基本组成及工作原理1

1.2.1数控机床的基本组成1

1.2.2数控机床的工作原理3

2计算机数控系统5

2.1计算机数控系统5

2.1.1CNC系统的组成5

2.1.2CNC系统的功能和一般工作过程5

2.2计算机数控中的可编程逻辑控制器10

2.2.1PLC及其工作过程10

2.2.2PLC在数控机床上的应用13

2.2.3机床控制程序的设计流程15

3PLC在立式车床中的应用18

3.1立式车床的概况18

3.2PLC应用于立式车床的现实意义18

3.3C5112B立式车床运行机构简介18

3.3.1本文车床主要的拖动式电动机一共有7台，分别是：

18

3.3.2这7台主要的电动机基本的控制部分有;19

3.3.3车床C5112B动作的流程图如下：

19

3.4PLC控制系统的设计19

3.5程序调试26

结论27

致谢28

参考文献29

附录30

1绪论

1.1选课依据及意义

　20世纪的中期，由于电子技术的迅猛发展，电子计算机、自动信息处理和数据处理的陆续出现，赋予了自动化的技术一个全新的定义。

实现机床运动与完成加工过程中的各种动作的控制是采用了数字化信号，它促进了机床自动化的迅猛发展。

电气时代变革以来，传统加工制造行业受到了质疑。

人们在加工方面开始寻找新的发展。

一些欧美发达国家开始投入大量资金，开始对于高科技制造技术进行研究开发，并且提出了新一轮的制造工艺规则。

为了适应新的市场变化，数控式车床适时的出现了。

数控式车床在管理和使用以及维护方面有着许多自身的特点。

在以后发展阶段，数控式车床将逐渐取代传统制造方法，向着更高的方面去迈进。

在机械加工中使用数字技术，最早可以追溯到40年代的初期，美国的派尔逊斯公司实现了这历史性的一步。

该公司采用了全数字化的电子计算机处理了机翼加工路径上的数据。

用来制作直升飞机的转动式机翼和飞机的架子时。

因为思考到了刀具的直径会对加工的线路方面会产生影响。

该公司致力于把提到了加工精度至±0.0382mm（±0.0014in），这已经是那个时候最高的水平了。

在1952年，麻省理工学院把一种小型的数控式系统安装立式型的铣床里了。

其具备试验性的意义。

并顺利地达到了同一时间控制三轴的同时运动。

从此这台数控机床被世人称作为世界上首台数控意义上的机床。

在1954年，美国本迪克斯公司真正意义上制造出了第一台应用在工业上的数控机床。

而这之后，自1960年开始，除此之外的很多工业国家都相继开发了数控机床，并开始大量生产。

PLC是适用于新型的工业上的一种控制的设备。

它以计算机技术为基础。

PLC具有抗干扰能力强，可靠性高；适用性强，性能较全，配套完全；容易操作，入门十分的简易，功耗也低等种种的突出特点，已经越来越被用户所接受与喜爱。

该论文所要介绍的就是数控机床上关于PLC方面的设计说明。

先是数控机床的工作的原理与基本的组成，让我们稍带认识一下PLC与数控机床相干的基本概念，我会将以C5112B立式车床为例子，以较为详细的方式仔细介绍数控机床的PLC设计在一些细节上的问题，并配有一些硬件电路图、IO接线图与PLC的软件程序梯形图。

1.2数控机床的基本组成及工作原理

1.2.1数控机床的基本组成

1数控机床的概念

数控即是利用数字信息来完成控制的过程。

数控的技术又叫做NC的技术。

计算机数控即是利用计算机达到全部或者部分的数控功能。

计算机的数控又叫做CNC的技术。

应用了NC技术的自动控制系统我们称之为数控系统，应用了CNC技术的自动控制系统我们称之为计算机数控系统，如果在机床上，我们就把它控制的对应设备或生产过程称之为数控机床。

数控机床加工的一般过程是：

把所需要的数个操作步骤（如机床的停止或启动、工件的松开或夹紧、主轴的变速、刀具的交换和选择、切削液的关或开等）和工件与刀具之间的相对位移，还有其进给速度等都以数字化的代码方式来表达，按照规则编写其零件的加工的程序[1]。

同时将其输到数控系统里。

通过数控系统的处理，机床制造出用户需求的工件。

2数控机床的基本组成

（1）程序编制与程序载体

数控程序包含了数控机床在加工零件过程中需要的所有工作指令，例如零件轮廓的尺寸、工艺性参数、机械的运动等一切需要的加工信息。

编写程序可以用户自己完成也能靠数控机床之外的计算机来实现自动编程这一过程。

我们采取手动编程是在零件的几何形状比较简单的时候，此时程序段较少；但是当我们遇到较繁杂的情况时。

尤其是在面对空间曲面形的零件。

我们需要自动的编程了。

（2）输入装置

把程序载体上的数控代码信息转变为对应的电脉冲信号，然后再传输到数控装置的存储器的过程就是输入装置的目的。

对于输入的装置我们能够选录放机、光电式阅读机甚至软盘式驱动器。

一些数控的机床是依靠数控装置上的键盘以手动方发传入的。

此外还能使用通信方式通过用来编程的计算机将数控代码传输到数控装置里。

（3）数控装置

它是数控机床的核心部分，它包含一系列硬件和对应的软件，例如各种接口电路、微型计算机和显示器等。

信息的输入、变换、存储、插补运算与各种控制性的功能的实现都靠它完成[2]。

在他接收脉冲信号后，它会经行编译、逻辑处理与运算，之后传送出各种指令与信号去控制各个部件动作，并且按照程序所需要达到有序的、规定的动作。

其控制信号有：

各个坐标轴的进给方向、进给位移量和速度的指令信号；主运动部件的启停、变速和换向指令信号；替换与选取刀具的换刀指令信息；部件、工件与机床相对位置的压紧与放松，控制润滑、冷却的启停等辅助信号。

数控装置所具有的功能如下：

①信息相互转换的功用，例如公制与英制两者的互转、绝对值与增量值两者间的互转、坐标与坐标之间的互转；②完成数种函数的插补；③多坐标的控制；④补偿的功用，例如螺距误差方面的补偿、传动间隙方面的补偿、刀具半径方面的补偿；⑤此外还有很多加工的方式，例如可完成各类的重复式加工；⑥自我的诊断能力；⑦连网的功用等[3]。

（4）强电控制装置

控制装置的强电部分主要作用是收集数控装置发出的主轴换向、变速、停止或启动。

切削液的开或关。

刀具的替换与选用。

分度式工作台的夹紧与转向。

所要加工工件的锁紧与放开等辅助式操作的信息。

根据逻辑性的判断、系统的编译、功率的放大以后动作在与之对应执行的元件之上，继而实现用户指令所需要的一切动作。

（5）伺服控制装置

使得机床运动控制动作的是伺服的系统，它包含了伺服的驱动式电机与伺服的电路，再加上机床之上的机械式传动的部件与执行的部件。

它们一同组成了数控机床完整的进给系统。

伺服系统可以接收数控的装置上的关于位置的控制类信息。

并且能够把这些信息转变成对应坐标轴的，其精确的定位运动与进给的运动，并且驱使机床执行机构的运动[4]。

因为这是数控式机床的在结尾控制的环节。

其性能会对数控式机床加工的精度、表面的加工质量与整体的生产效率产生最直接的影响。

（6）机床的机械部件

数控式机床的一般特点：

1）采取了较为高效的传动类零件。

像直线式滚动导轨和滚珠丝杠式螺母副。

2）机械结构具有动态刚度大、阻尼刚度大、抗热变形性能高、耐磨性强以及很高的动态特性。

3）拥有一些配套的部件。

4）采取了高性能的进给伺服驱动装置及主轴。

传动链很短。

1.2.2数控机床的工作原理

1工作原理

数控式机床就加工外表成形与加工的工艺这些方法来看。

它和普通的机床大体是一致的。

但从根本的地方来说。

差别的地方就是达到自动化控制的方法与原理上。

即数控式机床自动型的控制依靠了数字化方面的技术。

利用数控的机床去制造一些零件。

第一步需要做的是将被加工的零件图之上工艺的信息与几何的信息进行数字化[5]。

依据零件加工图样的要求决定零件加工的工艺参数、刀具参数、工艺过程，然后根据数控机床规定运动程序的格式和代码，和加工零件有关的信息例如工件的刀具运动中心轨迹、位移量、尺寸、切削参数（切削进给量、背吃刀量、主轴转速）以及辅助操作（切削液的开与关、换刀、主轴的正转与反转）等汇编为数控加工的程序，之后把此程序传到数控的装置里，通过数控式装置的一些处理与分析，由指令的发出实现控制式机床自动的加工过程[6]。

2插补

（1）插补的概念

数控机床的核心问题是如何控制工件或刀具的运动轨迹。

其信息的数字化进程。

便是将工件和刀具的移动坐标，分成一些最小的单位量，也叫最小位移量[7]。

数控式系统依据程序的需要。

通过信息的分配、处理，坐标运动数个最小的位移量。

完成工件与刀具的相互移动，以此实现工件的自动制造。

（2）插补方法的分类

常用的两类插补方式：

圆弧插补与直线插补。

1）圆弧插补。

适于采用步进电机驱动的开环系统。

2）直线插补。

适用于一般的闭环式或者半闭环式的数控式系统。

例如把直、交流式伺服电机是伺服式驱动的闭环式系统。

此外还可以用在特殊的开环数控系统中，例如伺服式驱动的系统能够选择步进式电机。

绝大多数的CNC系统都会采用这种插补方法。

2计算机数控系统

2.1计算机数控系统

2.1.1CNC系统的组成

在CNC里面的软件与硬件一起构成了CNC系统，CNC的装置就是CNC系统里的心脏[8]。

CNC系统主要是以系统控制的软件，再来配合系统硬件的形式工作的。

十分科学、系统的操控数控式系统插补工作的进行、数据的运算以及信息的传出与传入。

以此来操控机器的执行部件，能够让机床依据用户的愿望来实现加工过程。

我们在CNC系统的控制部件中应用到了计算机，一般是依靠它里面的数控方面的系统软件，它能够达成几乎所有的数控功能，还能够实现对机床上运动的即时控制。

仅仅通过改变CNC系统的控制软件部分，即能达到再一种不同的控制方式[9]。

数控机床的CNC的系统构成。

通常下主要包括：

只读的存储器、随机的存储器、中央处理单元、I/0输入与输出设备、PLC部分、显示器部分、操作的面板部分以及键盘部分等。

如下图所展示的。

图2.1CNC的系统结构式方框图

如上图所展示的，数控式系统的核心就是CNC的控制器。

PLC再加上数控系统软件与硬件一起构成的专用计算机就叫做CNC控制器。

前一个主要处理其逻辑方面的控制，其主要关于开关量的。

而后一个则主要处理其数字方面控制，其主要关于机床的运动轨迹。

2.1.2CNC系统的功能和一般工作过程

3.5程序调试

首先开启软件FXGPWIN。

鼠标单击〈文件〉的下属子菜单栏〈新文件〉。

提供用户选用PLC的机型。

在这里我们采用的是机型FX2N的PLC。

鼠标左键单击一下[确认]按钮。

就进入了程序的编辑。

编程的软件可以形成一个文件名字如〈SWOPC-FXGP/WIN-C-UNTIT***〉。

我们在此文件名之下。

能够编写、修改程序。

把梯形图3-4的程序编写、修改结束之后。

我们把它<转换>为指令表式的程序。

之后将此程序读写到PLC里。

当读写到PLC的时候。

PLC应当在停止的模式下。

然后其就能够在PLC里RUN了。

结论

利用数字控制技术将机床每个活动部件相对运动作出控制的机床即是数控机床，它是当代制造业的核心设备，是经典的机电一体化设备。

由于计算机的技术、软件的技术与微电子的技术快速的发展，数控机床的控制系统愈发向多功能化与小型化靠拢，拥有完整的自我诊断功能；可靠性方面也有了很大的提升；数控系统也实现了自动编程的可能。

将来的数控机床类型定是会向多样化发展的，多工序集中加工模式下的数控机床种类会逐渐增多；在机床上切削将会陆续应用加工激光加工等技术，多工序集中加工模式的工艺范围将会逐渐扩大；这些极大的提高了数控机床的自动化程度，而且它还会拥有多种监控的功能，这些使其造就了一个柔性制造单元，这给纳入高度自动化的柔性制造系统提供了很多方便。

然而PLC的基础就是微型的处理器。

它是一种通用型的自动的控制类装置。

它通常最为主要部分是顺序的控制部分。

辅要的部分是回路的调节部分。

能够完成顺序、算术的运算、计时、逻辑以及计数等一些的功能。

不仅可以实现开关量的控制，也可以实现模拟量的控制。

因为它可以改善传统继电器功耗很高，可靠性很差，体积较大等不利条件，PLC已经作为用户在选取数控机床所使用顺序控制装置的首要选择。

所以本文叙述了PLC正常工作在数控机床上的设计理念。

致谢

参考文献

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附录