数控机床PLC设计毕业设计说明书

毕业设计说明书课题名称：数控机床PLC设计学生姓名付增文学号 0902011612二级学院（系）电气电子工程工程系专业机电一体化班级机电0911指导教师沈军达黄建军起讫时间：2012 年 2 月13 日～2012 年 4 月 6 日数控机床PLC设计摘要对FANUC 0i Mate-TD数控系统进行整体分析，并了解用FANUC 0i Mate-TD数控系统如何进行PLC（PMC）的逻辑语言编辑，并设计冷却、润滑、刀架、主轴这四部分的PLC程序，实现冷却润滑的手、自动和四位刀架的手、自动，模拟效果能在实际操作中体现。

并对主要的程序、电气图、实物构造加以说明解释。

关键词：FANUC 0i Mate-TD数控系统；工作原理图；PLC；电气控制设计目录摘要 (I)第1章绪论 ............................................................................. 错误！未定义书签。

1.1 引言 ............................................................................ 错误！未定义书签。

1.2 主要机械结构分析 (2)第2章数控系统设计 (3)2.1 FANUC 0i Mate-TD数控系统介绍 (3)2.2 FANUC系统的传输途径 (4)2.3 FANUC系统PMC的功能指令 (6)第3章数控机床电气设计 (9)3.1 FANUC 0i Mate-TD数控系统硬件连接 (9)3.2 冷却、润滑、主轴、刀架的电气图 (10)3.3 数控系统PMC程序设计方向 (11)第4章数控机床PLC程序设计 (11)4.1 PLC简介 (11)4.2 数控编程一阶程序编写及说明 (12)4.3 数控编程冷却程序及工作原理 (12)4.4 数控编程刀架程序及工作原理 (14)4.5 数控编程润滑、主轴程序及工作原理 (15)第5章结论 (17)参考文献 (18)致谢 (119)第1章绪论1.1 引言随着科学技术的发展，机械产品结构越来越合理，其性能、精度和效率日趋提高更新换代频繁，生产类型由大批大量生产向多品种小批量生产转化。

因此，对机械产品的加工相应的提出了高精度、高柔性与高度自动化的要求。

数字控制机床就是为了解决单件、小批量、特别是复杂型面零件加工的自动化并保证质量要求而产生。

我国数控机床起步较晚，经过了30年的跌宕起伏式发展，已经由成长期迈入成熟期。

数控机床作为制造业的加工母机主要应用于航天工业、造船工业、汽车制造业、兵器制造业等。

数控机床是数字控制机床（Numerical Control Machine Tools）的简称，这是一种将数字计算机应用于机床的控制技术。

它把机械加工过程中的各种控制信息用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置。

经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。

数控机床较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题，是集机械、电气、液压、气动、微电子和信息等多项技术为一体的机电一体化产品，在机械制造方面也代表了现代先进的科学发展力。

PLC 是可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。

它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

是工业控制的核心部分。

PLC在数控机床中的具体应用于机床的辅助功能控制(主轴控制,转塔控制,刀库控制,尾台控制,冷却控制,卡盘控制,自动门控制,润滑控制,限位控制,报警控制,中心架控制,液压控制……）数控系统操作过程中运用到的PLC技术，也会给系统带去一定故障，如：输入/输出（I/O）故障是数控机床运行过程中最常见的故障。

输入/输出由PLC（PMC）控制完成，主要包括诸如对主轴正、反转起动和停止，刀库及换刀装置控制，工件夹紧松开，工作台交换，气压液压，冷却与润滑等机床动作进行顺序控制。

顺序控制的信息主要是I/O控制，如行程开关、压力开关和温度开关等输入元件，继电器、接触器和电磁阀等输出元件；同时还包括主轴驱动、进给伺服驱动的使能控制和机床报警处理等。

因此熟悉数控机床操作、PLC编程指令，将有助于PLC及I/O故障的诊断。

1.2 主要机械结构分析在数控机床发展的最初阶段，其机械结构与通用机床相比没有多大的变化，只是在自动变速、刀架和工作台自动转位和手柄操作等方面作些改变。

随着数控技术的发展，考虑到它的控制方式和使用特点，才对机床的生产率、加工精度和寿命提出了更高的要求。

数控机床的主体机构有以下特点：1）由于采用了高性能的无级变速主轴及伺服传动系统，数控机床的极限传动结构大为简化，传动链也大大缩2）为适应连续的自动化加工和提高加工生产率，数控机床机械结构具有较高的静、动态刚度和阻尼精度，以及较高的耐磨性，而且热变形小3）为减小摩擦、消除传动间隙和获得更高的加工精度，更多地采用了高效传动部件，如滚珠丝杠副和滚动导轨、消隙齿轮传动副等4）为了改善劳动条件、减少辅助时间、改善操作性、提高劳动生产率，采用了刀具自动夹紧装置、刀库与自动换刀装置及自动排屑装置等辅助装置。

第2章数控系统设计首先通过对数控系统的认知，让我们可以更清晰明白的了解到FANUC 0i Mate-TD数控系统在设计过程中所运用到的工序，如系统传输过程中的主要途径、设计过程中运用较为广泛的程序指令。

这样对设计冷却、润滑、刀架、主轴四个程序有所帮助。

2.1 FANUC 0i Mate-TD数控系统介绍FANUC 0i Mate-TD数控系统由CNC、伺服及主轴驱动、PMC、I/O单元、外围开关、继电器电路、电磁阀、接近开关等组成。

其特点为(1）系统在设计中大量采用模块化结构。

这种结构易于拆装，各个控制板高度集成，使可靠性有很大提高，而且便于维修、更换。

（2）有较完善的保护措施。

（3）FANUC系统所配置的系统软件具有比较齐全的基本功能和选项功能。

（4）提供大量丰富的PMC信号和PMC功能指令。

（5）具有很强的DNC功能。

（6）提供丰富的维修报警和诊断功能。

系统结构如下图2-1所示图2-1 数控系统结构图FANUC 系统常用的I/O 装置如下图2-2所示图2-2 FANUC 系统常用的I/O 装置2.2 FANUC 系统的传输途径2.2.1 CNC 系统、系统PMC 及机床的信号关系:图2-3 传输信号关系我们在实际程序的编写中，在PMC 编程界面输入I/O 口，PMC 用G 代码通知数控系统，数控系统接收到G 代码指令后用F 码再输回PMC ，PMC在通过输出I/O 口通知机床，在这个循环中有这样的逻辑关系，缺一不可。

内置I/O 模外置I/O 单分线盘I/O 模系统I/O 单机床操作面板I/O 卡2.2.2 FANUC系统PMC的分类:PMC—L/M: 用于FANUC—OC/OD系统PMC—SA1：用于FANUC—O i系统（B功能包）/O i Mate系统PMC—SA3：用于FANUC—O i A系统（A功能包）PMC—SB7：用于FANUC—16i/18i/21i及O i B/O i C系统（A包） PMC—RB5/RB6：用于FANUC—16/18系统2.2.3 FANUC –Oi系统PMC的性能和规格图2-4 0i系统PMC性能和规格2.2.4 系统M代码控制时序图图2-1 XX结构示意图（宋体，五号，居中）图2-5控制时序图2.3 FANUC系统 PMC的功能指令1、定时器指令 SUB3/SUB24（TMR、TMRB）可变定时器TMR:TMR指令的定时时间可通过PMC参数进行更改。

固定定时器TMR:TMRB的设定时间编在梯形图中，在指令和定时器号的后面加上一项参数预设定时间，与顺序程序一起被写入FROM中，所以定时器的时间不能用PMC参数改写。

2、译码指令 SUB4/SUB25（DEC、DECB）DEC指令的功能：当两位BCD代码与给定值一致时，输出为“1”；不一致时，输出为“0”，主要用于数控机床的M码、T码的译码。

一条DEC译码指令只能译一个M代码。

DECB的指令功能：可对1、2或4个字节的二进制代码数据译码，所指定的8位连续数据之一与代码数据相同时，对应的输出数据位为1。

主要用于M代码、T代码的译码，一条DECB代码可译8个连续M代码或8个连续T代码。

3、比较指令 SUB15/SUB32（COMP、COMPB）COMP指令的输入值和比较值为2位或4位BCD代码。

COMPB指令功能是：比较1个、2个或4个字节长的二进制数据之间的大小，比较的结果存放在运算结果寄存器（R9000）中。

4、二进制码变化（查表指令）SUB27CODB指令是把2个字节的二进制代码（0—256）数据转换成1字节、2个字节或4个字节的二进制数据指令。

具体功能是把2个字节二进制数指定的数据表内号数据（1字节、2个字节或4个字节的二进制数据）输出到转换数据的输出地址中。

5、上升沿触发 SUB57DIFU指令是取输入信号的上升沿，并在1 个扫描周期内输出信号W1 为1图2-2 受力分析当按下ACT 这个I/O的输入时，SUB57的指令会触发一次扫描，让W1得电，要再次让W1得电，就要再次触发ACT。

第3章数控系统电气设计3.1 FANUC 0i Mate-TD数控系统硬件连接图3-1系统连接框图3.2 冷却、润滑、主轴、刀架的电气图以后我们在真正的实际生活中，不可能在一张或者一本图册中马上找到任何一个功能的全部图像，所以我们在设计电气图的时候，要注意我们标注图形的方法，让不了解我们这个行业的技术工人也能准确无误的找到每个电气借口的连接对象，并且少有差错。

根据实际图册RS-SX1型数控机床电路图册绘制：（1）冷却、润滑（2）主轴、刀架控制单元所有电路刀架的PLC控制图冷却、润滑的主电路控制用中间继电器控制冷却、润滑的输入、输出主轴的主电路3.3 数控系统PMC程序设计方向冷却设计——要求它可以实现手、自动两种转换（注：在手动操作时，用一个按钮来控制冷却的开和关)刀架设计——要求四工位刀架可以实现手、自动换刀（注：在模拟四工位换刀时，要谨记开始换刀时，四个传感器上肯定会有一个感应到刀具，如何让它能启动，是一个关键点）主轴、润滑设计——要求按下指定的按钮，模拟界面上能显现出效果，相对于前两个，主轴和润滑的设计相对于简单。

这四个程序都必须放在二级程序里，因为一级程序要要放急停和限位，在这里设计最主要注意急停，在任何状态下，按下急停键，所有动作必须停止，这样这个键在程序中起到一定的保护作用。