数控铣床PLC控制系统设计

数控铣床PLC控制系统设计

前言

数控铣床由机械部分和电气部分组成，两者紧密结合起来从而达到人们所需要的东西。其中机械部分包括底座，支架，三轴导轨以及外部板金组成，它是电气部分的控制对象，而电气部分是机械部分的动力而后实现手段，两者是按照各自的性质以及人们的需要而相互匹配而成的，而机械部分是又人们为了实现某一功能目的而设计的，电控部分是人们根据已经设计好的机械原件而对此进行科学系统的匹配，从性能，效率，质量以及经济方面综合考虑而实现的一个最优设计！一台数控机床由以下部分组成

X轴马达 1个

Y轴马达 1个

Z轴马达 1个

主轴马达 1个

X轴伺服器 1个

Y轴伺服器 1个

Z轴伺服器 1个

主轴伺服器 1个

主机 1个

显示器 1块

操作面板 1块

打油器 1个

冷却机 1台

空气过滤器 1个

三十千瓦变压器 1台

九百瓦变压器 1个

24伏直流稳压器 2个

I/O板 1块

PCB板 1个

行程开关 3个

热交换器 1个

电磁阀 1套

总电源开关 1个

接触器 6个

热继电器 3个

打刀汽缸 1个

继电器多个

一台数控机床由上面的各部分合理的安装在机床支架的各个位置。其中马达，伺服器以及变压器的各自电压电流一定要相互匹配。

本课程设计的思路是将各部分的主线路按照某以要求先连接起来，再根据主线路之间的特点和关系以及各组成部分的连接和制约与工作的要求，合理准确的设计出控制线路的梯形图，然后根据所编的梯形图写出指令表（或者在PLC软件上将梯形图直接转化为指令表）。计算输入输出点的个数，从而确定选择所用PLC的型号，最后画出PLC的外部接线图。

从功能上分，可以分为机械部分，电控部分，伺服部分以及冷却机部分，下面分别介绍。

1.1机械部分

数控机床是一种高精密机器，它对机械部分要求非常严格，所以每一道工序必须确保在一定的精度范围内，机械部分包括支架，底座，工作台，三轴导轨防护挡板，控制箱以及配电盘，其中三轴导轨，工作台，主轴部分是机械部分以及整个铣床中工艺要求最高的部分，它要求X，Y，Z三轴导轨，要求相互垂直，且端面要求非常平滑，确保精度，减少摩擦。主轴夹刀的地方与加工工件直接相连，对其工艺要求更加高。由于机械部分容易发生弹性形变一般用肉眼是看不出来的。但对于要求如此高精度的机床来说这样的形变是不允许的，所以必须考虑用弹性形变非常小的钢制材料来做其导轨及工作台，且保证底座水平。

1.2 电控部分

电气部分是为机械部分提供动力并保障其安全，高效，稳定及准确可靠运行，

此部分如同人体中的血液循环系统，为机械部分的正常运行提供了能源和保障。

电控部分包括输入系统，伺服系统以及冷却部分组成，没一个部分都相互影响和制约，它们通过I/O接口以及主机集成器伺服器相互传递信息。下面分别介绍。

1.2.1 输入系统

输入系统为直接给机床发出指令的系统，由它来直接控制各组成部分的运动，它所输入的信息通过I/O口来转换信号，再将其传送到主机里面，主机对传诵过来的信号进行识别和处理，再传送到里面的执行控制程序PLC硬件中，PLC 梯形图软件发出执行命令，再通过主机和I/O接口反馈给各个输出部分，从而实现控制机床的目的，其中XYZ三轴马达和主轴马达精度要求极高，当输入的信息是控制XYZ三轴马达和主轴马达运动时，这时候的主机和I/O接口的信号要经过伺服放大器的精确处理后，在传送给马达信号。

下面介绍一下数控机床的输入按扭：

POWER ON 电源开 POWER OFF 电源关

显示器界面 MONTION TOOLPARM EDIT MDI

DIAGNIN/OUT SFG/FO

英文字母按扭 Oa Nb Gc Xu Yv Ew Fd Lq Hi

Mc Js Rk Np

数字键按扭 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0

分号键 EOB 删除键 DELETE

大小写英文字母转换键 SHIFT

输入键 INPUT 呼叫键 CALL

复位键 RESET 字节删除键 CAN

程序启动按扭 CYCLE START

程序停止按扭 CYCLE HOLD

手动误差补偿 ABS 跳过此段程序 BDT

单节执行 OSP Z轴锁定 ZLK

所有轴锁定 MLK 在寸动方式下运行 DRN

M S T 代码锁定 AFL 单节执行 SBK

在门关闭状态下程序才能运行 DILK

主轴定位 ORCM 工作灯 LIGHT

切削液马达开关 COOLI 外部吹气 BLOW

在M30指令下过十秒自动断电主轴启动 CW 1

主轴停转 STOP 1 刀盘正转 CW 2

刀盘反转 CCW 卷屑机正转 FOR

卷屑机反转 BACK 卷屑机停转 STOP 1

编辑方式 EDIT 电脑传送模式 DNC

记忆模式 AUTO 手抡方式 HANDLE

寸动模式 JOG 快速给进模式 PAPIN

回归原点 ZRN

上面介绍的即为数控铣床的输入开关以及其功能的介绍，我们加工工件都是通过上面的输入按扭来实现编程的。

1.2.2伺服系统

伺服系统既为反馈输出信号并将其输入信号放大的一种集成电路，它为三相交流异步电动机的运转提供准确的信息和高质量的动力。它属于一种闭环调速系统，所以它的好坏将直接影响着整个数控铣床的精度，因为开环系统机械特性比较软，当负载改变比较大时，其电动机的转速会有很大的改变，所以它无法满足如此高精度的场合，而闭环系统恰好克服了这一定，具有很强的机械特性，即使负载有较大的波动，它依然可以维持正常的转速运行。而在闭环系统中，我们为了提高机械硬特性，通常采用扩大调速范围和减小静差率的方法来实行。

1. 2. 3 冷却系统

由于在加工工件时主轴要与工件直接接触，所以机械之间的摩擦必然会产生热量，这样很容易使主轴的温度过高，从而有可能导致带动主轴转动的电动机过热而烧毁，即使是不烧毁电动机也很可能会影响到机床加工工件的精度，所以在这里我们专门要为主轴准备一条冷却系统，以保证整台机床安全高效的运行。冷却系统即为一台冷却机为为主轴源源不断的提供一定温度的冷却油的一套系统，它的工作原理和我们日常生活中所用的空调原理是一样的道理，也就是一台制冷设备将冷却油先制冷，再用一台电动机将冷却过的油抽入到主轴里面，而主轴里