基于PLC的数控机床控制系统设计

郑州华信学院毕业论文

题目：基于PLC的数控机床控制系统设计

学生姓名：

所在院系：

所学专业：机电一体化技术

指导老师：

所在班级：

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

Programmable controller (PLC) is widely used in nc machine tools and other industrial control. Part of CNC control can be divided into digital control and sequence control two parts.

This paper describes the basic CNC composition, working principle, classification and their respective characteristics. And the PLC for nc machine tools have also been introduced in detail, the PLC in the control nc machine design. Then Z3040 with radial drilling machine as an example, describes its design process, including control system circuit analysis, Z3040 radial drilling machine principle diagram, using PLC programming control of machine.

Keywords: programmable controller；nc machine tools；digital control；sequence control

目录

1 绪论1

1.1 数控机床的发展1

1.2 数控机床原理和特点2

1.3 数控机床结构3

2 PLC的概述4

2.1 PLC的基本特点4

2.2 PLC的工作原理5

2.3 数控机床采用PLC电气控制系统的优点6

2.3.1 PLC与继电器-接触器相比较6

2.3.2 PLC与单片机比较7

3 Z3040摇臂钻床的基本概述8

3.1 Z3040摇臂钻床控制线路概述9

3.1.1 操纵机构液压系统9

3.1.2夹紧机构液压系统9

3.2 Z3040摇臂钻床控制线路原理分析10

3.3 Z3040摇臂钻床控制线路主电路分析10

3.4 Z3040摇臂钻床控制线路控制电路分析10

3.4.1主电动机控制电路10

3.4.2 摇臂升降控制电路10

3.4.3 立柱和主轴箱松开、夹紧控制电路11

3.4.4 冷却泵控制电路12

3.4.5 照明、信号电路12

4 Z3040摇臂钻床的PLC控制系统12

4.1 PLC的选型13

4.1.1 确定I/O点数13

4.1.2 选配PLC的型号13

4.2 Z3040型摇臂钻床PLC控制I/O(输入、输出地址分配表14

4.3 PLC控制系统分析18

4.3.1 主轴电动机控制18

4.3.2 摇臂升降控制18

4.3.3立柱与主轴箱松开、夹紧控制18

4.4 PLC梯形图程序设计19

4.4.1 系统预开程序19

4.4.2 主轴电动机控制程序19

4.4.3 摇臂升降控制程序19

4.4.4 主轴箱、立柱、摇臂松开、夹紧控制程序20

4.4.5主轴箱、立柱松开、夹紧控制程序21

4.4.6 冷却泵控制21

4.4.7 信号指示梯形图程序22

4.4.8 完整的PLC控制梯形图22 总结23

致谢24

参考文献25

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,adaptive control）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。

⑶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。

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