目錄摘要 I目錄 II第 1 章 緒論 .11.1 轉(zhuǎn)塔車床簡(jiǎn)介 .11.2 機(jī)床主要技術(shù)參數(shù)和連接尺寸 11.3 機(jī)床在安裝調(diào)整試車前的注意事項(xiàng) 31.3.1 機(jī)床安裝水平的找正方法 3第二章 數(shù)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) .62.1 設(shè)計(jì)方案的論證 62.1.1 數(shù)控改造方案的確定 72.1.2 伺服系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì) 72.1.3 系統(tǒng)的硬件電路改造 82.1.4 系統(tǒng)的硬件電路改造 .92.2 總體設(shè)計(jì)方案的確定 .10第 3 章 主傳動(dòng)系統(tǒng)及進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .113.1 主傳動(dòng)系統(tǒng) .113.2 進(jìn)給系統(tǒng) 11第四章 檢測(cè)系統(tǒng) .124.1 檢測(cè) 元件的要求與分類 12第 5 章 數(shù)控機(jī)床用可編程控制器 .135.1 可編程控制器在工業(yè)中應(yīng)用 135.2 plc 在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用 145.2.1 PLC 在機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)中所起的作用 145.2.2 數(shù)控機(jī)床用 plc 的分類 .155.2.3 plc 在數(shù)控機(jī)床中的接口信號(hào)及其配置方式 .165.3 plc 的規(guī)模 175.4 plc 的基本工作原理 .175.4.1 plc 的組成 .175.4.2 plc 的工作原理 20第六章 經(jīng)濟(jì)分析 .22第七章 感應(yīng)同步器 .237.1 感應(yīng)同步器的簡(jiǎn)單介紹 237.1.1 相位工作狀態(tài) .267.1.2 幅值工作狀態(tài) .277.2 設(shè)計(jì)要點(diǎn) 287.2.1 基本要求 .287.2.2 直線式感應(yīng)同步器的設(shè)計(jì)要點(diǎn) .287.3 感應(yīng)同步器的特點(diǎn) 297.3.1 精度較高 .297.3.2 受環(huán)境溫度 濕度變化的影響小 .307.3.3 使用壽命長(zhǎng)，維護(hù)方便 .307.3.4 可按需要拼接成各種測(cè)量長(zhǎng)度 .307.3.5 抗干擾能力強(qiáng) .317.3.6 工藝性好，成本低，便于復(fù)制和成批生產(chǎn) .317.4 感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)與分類 317.4.1 標(biāo)準(zhǔn)型 .317.4.2 窄長(zhǎng)行 .327.4.3 帶式感應(yīng)同步器 .327.4.4 三速式感應(yīng)同步器 .32結(jié)論 .33I摘要CB3463-1 半自動(dòng)轉(zhuǎn)塔車床是一種生產(chǎn)效率比較高的設(shè)備。它可以完成產(chǎn)品的鉆孔、擴(kuò)孔、挖內(nèi)槽以及車削內(nèi)、外圓等多道工序,頗受人們的歡迎。但該機(jī)床也有一點(diǎn)美中不足之處,即當(dāng)使用轉(zhuǎn)塔刀架工作時(shí),特別是進(jìn)行鉆孔和擴(kuò)孔,在刀具剛剛穿透工件的一瞬間,由于轉(zhuǎn)塔刀架工作負(fù)荷驟減,在壓力油的作用下,整個(gè)轉(zhuǎn)塔刀架產(chǎn)生沖擊。沖擊對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量大有影響,經(jīng)常把刀具刃口折斷,增加刀具的損耗。另外,該機(jī)床的床鞍在快退復(fù)位時(shí),由于慣性作用,也會(huì)產(chǎn)生明顯的沖擊現(xiàn)象,給機(jī)床的精度產(chǎn)生一定的影響。介紹半制動(dòng)轉(zhuǎn)塔車床的數(shù)控化改造方法及其基本結(jié)構(gòu)，主要改造了轉(zhuǎn)塔刀架和前刀架，改造其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，使其實(shí)現(xiàn)更好的數(shù)控化能力，轉(zhuǎn)塔刀架主要利用感應(yīng)同步器實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)單化，利用控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械系統(tǒng)的功能，是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，精度高，是現(xiàn)代發(fā)展的方向，是科技發(fā)展的必然結(jié)果，通過(guò)對(duì)半制動(dòng)轉(zhuǎn)塔刀架的數(shù)控化改造使機(jī)械加工有很好的發(fā)展。關(guān)鍵詞： 前刀架 改裝 感應(yīng)同步器 轉(zhuǎn)塔刀架II目錄摘要 I目錄 II第 1 章 緒論 .11.1 轉(zhuǎn)塔車床簡(jiǎn)介 .11.2 機(jī)床主要技術(shù)參數(shù)和連接尺寸 11.3 機(jī)床在安裝調(diào)整試車前的注意事項(xiàng) 31.3.1 機(jī)床安裝水平的找正方法 3第二章 數(shù)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) .62.1 設(shè)計(jì)方案的論證 62.1.1 數(shù)控改造方案的確定 72.1.2 伺服系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì) 72.1.3 系統(tǒng)的硬件電路改造 82.1.4 系統(tǒng)的硬件電路改造 .92.2 總體設(shè)計(jì)方案的確定 .10第 3 章 主傳動(dòng)系統(tǒng)及進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .113.1 主傳動(dòng)系統(tǒng) .113.2 進(jìn)給系統(tǒng) 11第四章 檢測(cè)系統(tǒng) .124.1 檢測(cè) 元件的要求與分類 12第 5 章 數(shù)控機(jī)床用可編程控制器 .135.1 可編程控制器在工業(yè)中應(yīng)用 135.2 plc 在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用 145.2.1 PLC 在機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)中所起的作用 145.2.2 數(shù)控機(jī)床用 plc 的分類 .155.2.3 plc 在數(shù)控機(jī)床中的接口信號(hào)及其配置方式 .165.3 plc 的規(guī)模 175.4 plc 的基本工作原理 .175.4.1 plc 的組成 .17III5.4.2 plc 的工作原理 20第六章 經(jīng)濟(jì)分析 .22第七章 感應(yīng)同步器 .237.1 感應(yīng)同步器的簡(jiǎn)單介紹 237.1.1 相位工作狀態(tài) .267.1.2 幅值工作狀態(tài) .277.2 設(shè)計(jì)要點(diǎn) 287.2.1 基本要求 .287.2.2 直線式感應(yīng)同步器的設(shè)計(jì)要點(diǎn) .287.3 感應(yīng)同步器的特點(diǎn) 297.3.1 精度較高 .297.3.2 受環(huán)境溫度 濕度變化的影響小 .307.3.3 使用壽命長(zhǎng)，維護(hù)方便 .307.3.4 可按需要拼接成各種測(cè)量長(zhǎng)度 .307.3.5 抗干擾能力強(qiáng) .317.3.6 工藝性好，成本低，便于復(fù)制和成批生產(chǎn) .317.4 感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)與分類 317.4.1 標(biāo)準(zhǔn)型 .317.4.2 窄長(zhǎng)行 .327.4.3 帶式感應(yīng)同步器 .327.4.4 三速式感應(yīng)同步器 .32結(jié)論 .331第 1 章 緒論1.1 轉(zhuǎn)塔車床簡(jiǎn)介1、節(jié)省資金：機(jī)床改造同購(gòu)置新機(jī)床相比一般可節(jié)省 60%左右的費(fèi)用，大型及特殊設(shè)備尤為明顯。一般大型機(jī)床改造只需花新機(jī)床購(gòu)置費(fèi)的 1/3。即使將原機(jī)床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行徹底改造升級(jí)也只需花費(fèi)購(gòu)買新機(jī)床 60%的費(fèi)用，并可以利用現(xiàn)有地基。 2、性能穩(wěn)定可靠：因原機(jī)床各基礎(chǔ)件經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期時(shí)效，幾乎不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力變形而影響精度。 1.2 機(jī)床主要技術(shù)參數(shù)和連接尺寸1.2.1 機(jī)床的主要參數(shù)（1）卡盤直徑 m320?（2）主軸孔徑 7（3）最大的直徑 32?（4）最大加工棒料直徑 m6（5）主軸中心距山導(dǎo)軌平面 260mm （6）中心高：主軸中心距平導(dǎo)軌平面 275mm 1.2.2 允許裝卡零件的旋徑：2（1）前后刀架體上最大回轉(zhuǎn)直徑 m320?（2）前刀架滑板上最大回轉(zhuǎn)直徑 1（3）后刀架滑板上最大回轉(zhuǎn)直徑 0?（4）床身導(dǎo)軌上最大旋徑 m61.2.3 刀架運(yùn)動(dòng)參數(shù)：（1）前刀架（水平位置）橫向最大行程 160mm 縱向最大行程 100mm軸端面最大距離 420mm內(nèi)切運(yùn)動(dòng)最大行程 65mm （2）后刀架橫向運(yùn)動(dòng)最大行程 420mm 寸動(dòng)讓刀行程 0—5mm 縱向移動(dòng)調(diào)整行程 160mm 上滑板左側(cè)距主軸前端面最大距離 355mm （3）轉(zhuǎn)塔刀架：工具孔數(shù) 最大縱向行程 450mm 轉(zhuǎn)塔刀架端面距主軸端面最大距離 900mm 轉(zhuǎn)塔刀架縱向距主軸端面最小距離 450mm 軸向最大切削抗力 kgPZ150?1.2.4 速度參數(shù)：（1）主軸轉(zhuǎn)數(shù)：轉(zhuǎn)數(shù)范圍 35 54 72 110 148 229 308 46579 120 165 250 337 510 700 1058 轉(zhuǎn)/分自動(dòng)變換轉(zhuǎn)數(shù)種數(shù) 8 種（2）前后刀架進(jìn)給速度范圍，采用液壓節(jié)流閥實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，經(jīng)預(yù)選手動(dòng)3調(diào)好后，只有一種進(jìn)給量。其最小最大流量為 0.05—25 升/分。后刀架的快速移動(dòng)為 5—7 米/分。（3）轉(zhuǎn)塔刀架進(jìn)給速度范圍，采用三個(gè)并聯(lián)節(jié)流閥來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)給范圍的無(wú)級(jí)調(diào)速。根據(jù)需要一次手動(dòng)調(diào)整后實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變換三種進(jìn)給量，其最小最大流量為0.02—10 升/分，為達(dá)到進(jìn)給速度的穩(wěn)定，在精走刀時(shí)選擇的節(jié)流閥有溫度補(bǔ)償裝置。轉(zhuǎn)塔刀架的快速移動(dòng)為 4—5 米/分。1.2.5 動(dòng)力參數(shù)、液壓系統(tǒng)：主電機(jī)：功率 N=8—10KW轉(zhuǎn)數(shù) 1000/1500 轉(zhuǎn)/分油泵電機(jī)功率 N=3KW轉(zhuǎn)數(shù) n=15000 轉(zhuǎn)/分冷卻泵電機(jī)：功率 N=0.125KW轉(zhuǎn)數(shù) 2790 轉(zhuǎn)/分液壓系統(tǒng)：雙聯(lián)變量油泵：壓力 流量 Q=40 升/分2/63cmkgP?油箱容積： V=330 升1.2.6 機(jī)床輪廓尺寸、機(jī)床凈重長(zhǎng) X 寬 X 高 2962X1420X1530機(jī)床凈重 3800kg1.3 機(jī)床在安裝調(diào)整試車前的注意事項(xiàng)1.3.1 機(jī)床安裝水平的找正方法機(jī)床安裝水平找正正確與否，直接影響本機(jī)床的加工精度及其使用壽命，如機(jī)床水平找的不對(duì)，既對(duì)加工零件精度不能保證，長(zhǎng)期不合理使用使床身產(chǎn)生永久變形，導(dǎo)軌磨損不均勻造成機(jī)床無(wú)法修復(fù)的地步，由此機(jī)床安裝前首先打好地基，安裝時(shí)，首先對(duì)機(jī)床進(jìn)行調(diào)水平。機(jī)床水平找正方法：機(jī)床水平找正時(shí)應(yīng)將水平儀放在轉(zhuǎn)塔刀臺(tái)上，垂直于4導(dǎo)軌方向使轉(zhuǎn)塔刀架在床身全長(zhǎng)上移動(dòng)三點(diǎn)求得水平儀三點(diǎn)六個(gè)讀數(shù)不超過(guò)精度合格證上所規(guī)定的公差范圍，而后將水平儀水平于導(dǎo)軌方向，使轉(zhuǎn)塔刀架在床身全長(zhǎng)上移動(dòng)三點(diǎn)。同樣有六個(gè)讀數(shù)不超精度合格證，這時(shí)認(rèn)為機(jī)床的水平線找好了。在一般情況下就可以滿足加工要求了，但由于六角車床刀具的布置在 范圍內(nèi)，如圖 1—1 所示：009??圖 1--1 精度合格驗(yàn)證因此，有時(shí)水平雖然合格，但加工零件可能出現(xiàn)錐度，所以機(jī)床安裝水平找正后，可以用棒料進(jìn)行試切合格的話水平大致合格。下面介紹一下在試切過(guò)程中進(jìn)一步校正機(jī)床水平的方法：（1）轉(zhuǎn)塔刀架垂直試切法：零件有外大內(nèi)小的錐度：這種情況是導(dǎo)軌在垂直方向凸起不夠而造成的，調(diào)整方法如圖 1—2 所示：5圖 1--2 調(diào)整方法示意圖將 3、4、5、6、號(hào)墊鐵適當(dāng)墊起來(lái)或?qū)?1、2、7、8、地腳螺釘適當(dāng)?shù)穆湎?，使機(jī)床導(dǎo)軌中間凸起，加干校準(zhǔn)。反之零件出現(xiàn)內(nèi)大、外小錐度時(shí)，調(diào)正方法則相反。（2）轉(zhuǎn)塔刀架水平裝刀試切，零件有外大內(nèi)小的錐度：這種情況是由于導(dǎo)軌扭曲而造成的，其扭曲方向見(jiàn)圖 1--3。調(diào)整方法可按上圖 1、3、6、8 地腳螺釘適當(dāng)落下或?qū)?2、4、5、7 號(hào)墊鐵適當(dāng)墊起即可。反之如出現(xiàn)外大內(nèi)小的錐度則調(diào)整方法相反。垂直裝刀及水平裝刀時(shí)零件加工精度達(dá)到 2 級(jí)精度這時(shí)認(rèn)為機(jī)床水平調(diào)好。61.3.2 一致性電源電壓電流要與機(jī)床標(biāo)牌規(guī)定一致，檢查機(jī)床接地和線路的安全。1.3.3 油量按機(jī)床油標(biāo)準(zhǔn)線將主軸箱、油箱、油池注滿，規(guī)定用 20 錠子油，或液壓系統(tǒng)用油。并注各種潤(rùn)滑用油杯。1.3.4 調(diào)壓調(diào)節(jié)油路系統(tǒng)油壓穩(wěn)定在 ，調(diào)節(jié)時(shí)緩慢上升壓力，如系統(tǒng)油壓2/0cmkg大于 ，可調(diào)葉片泵調(diào)壓螺釘，如調(diào)壓螺釘已調(diào)至最小油壓還沒(méi)有下2/0cmkg來(lái)，就得將葉片泵調(diào)壓螺釘擰出，取出彈簧磨去半圓再裝入調(diào)整壓力。1.3.5 試運(yùn)行、測(cè)試開(kāi)動(dòng)主電機(jī)以點(diǎn)動(dòng)方式，主軸用抵擋低轉(zhuǎn)樹(shù)試車，當(dāng)潤(rùn)滑油上來(lái)后再進(jìn)行正常運(yùn)轉(zhuǎn)，防止磨損。調(diào)試每一個(gè)刀架的各種運(yùn)動(dòng)軌跡，并測(cè)試各開(kāi)閉行程多次，求得穩(wěn)定。第二章 數(shù)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)CB3463-1 型轉(zhuǎn)塔式車床是一種加工效率高，自動(dòng)化程度較高的機(jī)床，這種車床的改造，很容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，是種較為實(shí)用的改造技術(shù)。能夠得到較好的經(jīng)濟(jì)效果。72.1 設(shè)計(jì)方案的論證對(duì)機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造，利用微機(jī)對(duì)車床的縱向、橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字控制，并要達(dá)到縱向行最小運(yùn)動(dòng)單元為（0.05 升/分） 10mm/min，橫向最小運(yùn)動(dòng)單元為（0.02 升/分）2.5mm/min ，刀架本身就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)轉(zhuǎn)位換刀的功能，對(duì)于普通機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造，在考慮總體設(shè)計(jì)方案時(shí)，應(yīng)遵守的基本原則是：在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，對(duì)機(jī)床的改動(dòng)應(yīng)盡可能少，以降低成本。82.1.1 數(shù)控改造方案的確定數(shù)控系統(tǒng)按運(yùn)動(dòng)方式可分為點(diǎn)位控制系統(tǒng)、點(diǎn)位直線控制系統(tǒng)、連續(xù)（輪廓）控制系統(tǒng)。由于 CB3463-1 型車床加工復(fù)雜輪廓的盤類件，所以控制系統(tǒng)采用連續(xù)控制系統(tǒng)。2.1.2 伺服系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)有開(kāi)環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)之分。采用直流或交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的閉環(huán)控制。方案的優(yōu)點(diǎn)是可以達(dá)到很好的機(jī)床精度，能補(bǔ)償機(jī)械傳動(dòng)中的各種誤差，消除間隙、干擾等對(duì)加工精度的影響。但它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)難度大、調(diào)試和維修困難、造價(jià)高。采用直流或交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開(kāi)環(huán)控制。方案優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易調(diào)整；但其系統(tǒng)精度較差，速度有一定的限制。但在速度、精度要求不太高的場(chǎng)合下仍得到應(yīng)用。采用直流或交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的半閉環(huán)控制是介于開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制之間的，其性能介于兩者之間。由速度調(diào)整范圍寬、過(guò)載能力強(qiáng)，又采用反饋控制，因此性能遠(yuǎn)優(yōu)于以步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開(kāi)環(huán)控制，比閉環(huán)容易實(shí)現(xiàn)。由于 CB3463-1 型車床加工精度要求不太高，但是不能選用開(kāi)環(huán)控制，而閉環(huán)系統(tǒng)，調(diào)試、安裝困難、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且成本較高在本機(jī)床上應(yīng)用也是一種浪費(fèi)，在此也不采用，本次改造選用半閉環(huán)控制即可達(dá)到加工精度要求，可滿足生產(chǎn)、工藝要求，造價(jià)也較低，調(diào)試、使用也較為方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝、維護(hù)方便。CB3463-1 型數(shù)控車床的重點(diǎn)在于電氣改裝，機(jī)械改裝占的比例較之略少。在電氣改裝時(shí)機(jī)械改裝也同等重要在本次改造主要對(duì)刀架進(jìn)行電氣、機(jī)械改造。只有在確定必要時(shí)，才考慮對(duì)主軸箱等其它部分進(jìn)行適當(dāng)改裝。1.轉(zhuǎn)塔刀架的改造轉(zhuǎn)塔刀架的改造可以把它的液壓部分拆去，換為滾珠絲杠，并且與此同時(shí)還要在主軸上安裝脈沖發(fā)生器。拆除液壓部分后由于液壓缸在兩導(dǎo)軌中間位置對(duì)轉(zhuǎn)塔刀架的受力平衡影響較少，但在安裝絲杠時(shí)要考慮是在刀架外側(cè)安裝還9是在內(nèi)側(cè)安裝，在外側(cè)安裝絲杠時(shí)，整個(gè)刀架的受力情況發(fā)生變化，并且還要對(duì)刀架結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定的改造才能達(dá)到預(yù)定的效果，而這樣絲杠在安裝后又會(huì)與前刀架的導(dǎo)軌發(fā)生干涉；如果安裝絲杠安裝在原液壓缸位置時(shí)就不會(huì)發(fā)生這種情況但此時(shí)絲杠的防護(hù)工作就較困難而且對(duì)刀架的整體也得有所改動(dòng)，而且在安裝、調(diào)試也較為困難。經(jīng)過(guò)分析，采用以下方法：在刀架上將原有行程控制部分拆去后安裝上感應(yīng)同步器，因原行程控制部分采用手調(diào)，而且調(diào)試起來(lái)較困難。這樣安裝感應(yīng)同步器只要將其行程控制部分拆除，對(duì)整個(gè)刀架的平衡影響小，而安裝感應(yīng)同步器時(shí)的底座在經(jīng)過(guò)計(jì)算后的質(zhì)量又可以將這一偏差平衡。這種安裝對(duì)整個(gè)刀架基本上沒(méi)有改動(dòng)，而且受力平衡問(wèn)題得到解決。2.前刀架、后刀架進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造前、后刀架的進(jìn)給機(jī)構(gòu)改造與轉(zhuǎn)塔刀架的改造基本類似，只需把愿行程控制部分拆除，安裝感應(yīng)同步器即可。而后刀架只是一個(gè)輔助刀架，它的轉(zhuǎn)角可以用編碼器來(lái)控制，這樣就可以實(shí)現(xiàn)所有刀架的數(shù)字控制。2.1.3 系統(tǒng)的硬件電路改造任何一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成。硬件是數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，性能的好壞直接影響整體數(shù)控系統(tǒng)的工作性能。有了硬件，軟件才能有效地運(yùn)行。數(shù)控系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分是數(shù)控裝置。數(shù)控裝置的設(shè)計(jì)方案選擇也有多種方案，通常有：（1）可以全部自己設(shè)計(jì)/制作。 （2）可以才用單板機(jī)或 STD 模塊或工控機(jī)改制。（3）可以選用現(xiàn)成的數(shù)控裝置作少量的適用化改動(dòng)或配接。（4）可以在專門的生產(chǎn)廠家定貨由廠家為其提供產(chǎn)品。在普通車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造中，一般情況下，所需的數(shù)控功能和要求如果有現(xiàn)成的數(shù)控裝置可以滿足，這時(shí)通常都采取購(gòu)置現(xiàn)成的數(shù)控裝置的方案，因?yàn)樽孕性O(shè)計(jì)制作不但浪費(fèi)時(shí)間，且不經(jīng)濟(jì)，同時(shí)質(zhì)量上也難于保證。另一種情況是購(gòu)置經(jīng)自行補(bǔ)充或改造其硬件電路，來(lái)滿足本設(shè)計(jì)要求。但在畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)只要選擇可直接應(yīng)用的數(shù)控裝置即可。在自行設(shè)計(jì)的數(shù)控裝置中，CPU 的選擇是關(guān)鍵。選擇 CPU 應(yīng)考慮以下要素：10（1）效率和字長(zhǎng)與被控對(duì)象的運(yùn)動(dòng)速度和精度有關(guān)；（2）可擴(kuò)展存儲(chǔ)器的容量與數(shù)控功能的強(qiáng)弱相關(guān)；（3）指令系統(tǒng)功能強(qiáng)弱與編程的靈活性有關(guān)；（4）I/O 口擴(kuò)展的能力與對(duì)外設(shè)控制的能力相關(guān)；（5）開(kāi)發(fā)手段，包括支持開(kāi)發(fā)的軟件和硬件電路，與開(kāi)發(fā)周期、推廣應(yīng)用相關(guān)；除此之外，還應(yīng)根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)合、控制對(duì)象以及各種性能、參數(shù)要求等，綜合起來(lái)考慮以確定 CPU。在我國(guó)，普通機(jī)床數(shù)控改造方面應(yīng)用較普遍的是 8051CPU 和可編程控制器（PLC） ，完全能滿足經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的改造需要。為此，本設(shè)計(jì)采用 PLC 組成的數(shù)控裝置用微型控制機(jī)。2.1.4 系統(tǒng)的硬件電路改造任何一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成。硬件是數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，性能的好壞直接影響整體數(shù)控系統(tǒng)的工作性能。有了硬件，軟件才能有效地運(yùn)行。數(shù)控系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分是數(shù)控裝置。數(shù)控裝置的設(shè)計(jì)方案選擇也有多種方案，通常有：（1）可以全部自己設(shè)計(jì)/制作。 （2）可以才用單板機(jī)或 STD 模塊或工控機(jī)改制。（3）可以選用現(xiàn)成的數(shù)控裝置作少量的適用化改動(dòng)或配接。（4）可以在專門的生產(chǎn)廠家定貨由廠家為其提供產(chǎn)品。在普通車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造中，一般情況下，所需的數(shù)控功能和要求如果有現(xiàn)成的數(shù)控裝置可以滿足，這時(shí)通常都采取購(gòu)置現(xiàn)成的數(shù)控裝置的方案，因?yàn)樽孕性O(shè)計(jì)制作不但浪費(fèi)時(shí)間，且不經(jīng)濟(jì)，同時(shí)質(zhì)量上也難于保證。另一種情況是購(gòu)置經(jīng)自行補(bǔ)充或改造其硬件電路，來(lái)滿足本設(shè)計(jì)要求。但在畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)只要選擇可直接應(yīng)用的數(shù)控裝置即可。在自行設(shè)計(jì)的數(shù)控裝置中，CPU 的選擇是關(guān)鍵。選擇 CPU 應(yīng)考慮以下要素：（1）效率和字長(zhǎng)與被控對(duì)象的運(yùn)動(dòng)速度和精度有關(guān)；（2）可擴(kuò)展存儲(chǔ)器的容量與數(shù)控功能的強(qiáng)弱相關(guān)；11（3）指令系統(tǒng)功能強(qiáng)弱與編程的靈活性有關(guān)；（4）I/O 口擴(kuò)展的能力與對(duì)外設(shè)控制的能力相關(guān)；（5）開(kāi)發(fā)手段，包括支持開(kāi)發(fā)的軟件和硬件電路，與開(kāi)發(fā)周期、推廣應(yīng)用相關(guān)；除此之外，還應(yīng)根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)合、控制對(duì)象以及各種性能、參數(shù)要求等，綜合起來(lái)考慮以確定 CPU。在我國(guó)，普通機(jī)床數(shù)控改造方面應(yīng)用較普遍的是 8051CPU 和可編程控制器（PLC） ，完全能滿足經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的改造需要。為此，本設(shè)計(jì)采用 PLC 組成的數(shù)控裝置用微型控制機(jī)。2.2 總體設(shè)計(jì)方案的確定經(jīng)過(guò)總體設(shè)計(jì)方案的論證后，確定的 CB3463-1 型轉(zhuǎn)塔車床經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造的總體設(shè)計(jì)方案示意圖 2—1。CB3463-1 車床的主軸傳動(dòng)部分保留原機(jī)床的功能，非手動(dòng)變速。車床的縱向（Y 軸）和橫向(X)軸進(jìn)給運(yùn)動(dòng)采用液壓缸驅(qū)動(dòng)。由 PLC 作為數(shù)控裝置的核心，I/O 接口、環(huán)形分配器與功率放大控制液壓動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)車床的縱向、橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。由其中中央心理器(CPL)來(lái)處理所傳入的數(shù)值進(jìn)行分析控制機(jī)床的運(yùn)動(dòng)。12第 3 章 主傳動(dòng)系統(tǒng)及進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1 主傳動(dòng)系統(tǒng)由于 CB3463-1 型車床的主傳動(dòng)系統(tǒng)的精度及靈敏性基本上滿足數(shù)控車床改造的要求，改造后的車床既要考慮其一定的技術(shù)要求，又要實(shí)現(xiàn)造價(jià)低廉、經(jīng)濟(jì)方便的要求。綜上所述，在改造時(shí)，仍然保留 CB3463-1 車床的原有主傳動(dòng)系統(tǒng)。不用對(duì)其進(jìn)行改動(dòng)。3.2 進(jìn)給系統(tǒng)數(shù)控改造后的車床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是數(shù)字控制的直接對(duì)象，不論點(diǎn)位控制還是連續(xù)控制，被加工工件的最后坐標(biāo)精度和輪廓精度者進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)精度，靈敏度和穩(wěn)定性的影響。為此在設(shè)計(jì)進(jìn)給系統(tǒng)時(shí)應(yīng)充分注意減少磨擦阻力，提高傳動(dòng)精度和風(fēng)度，消除傳動(dòng)間隙以及減少運(yùn)動(dòng)件的慣性。133.2.1 減少運(yùn)動(dòng)件的摩擦阻力摩擦阻力主要來(lái)自絲杠和圉軌。因此，絲杠和導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)的流動(dòng)化是減少摩擦的重要措施之一。本次設(shè)計(jì)無(wú)須做此設(shè)計(jì)。3.2.2 提高傳動(dòng)精度和剛度因?yàn)檫M(jìn)給系統(tǒng)中滾珠絲杠螺母，和支承結(jié)構(gòu)是決定其傳動(dòng)精度和風(fēng)度的主要部件，幫必須保證它們的加工精度。對(duì)步時(shí)電機(jī)驅(qū)動(dòng)和開(kāi)環(huán)系統(tǒng)尤其如此。此處，還可以采用合理的預(yù)緊來(lái)消除滾珠絲杠螺母副的軸向傳動(dòng)間隙，以提高支承的結(jié)構(gòu)風(fēng)度。這些措施均有利于提高傳動(dòng)精度。3.2.3 減少運(yùn)動(dòng)慣量在滿足傳動(dòng)強(qiáng)度和風(fēng)度的要求下應(yīng)盡可能將各元件進(jìn)行合理配置并減少它們的慣量。第四章 檢測(cè)系統(tǒng)4.1 檢測(cè)元件的要求與分類4.1.1 測(cè)量系統(tǒng)的要求檢測(cè)元件是帶有反饋伺重要組成部分。它的作用是檢測(cè)位置和速度，發(fā)送反饋信號(hào)，構(gòu)成閉環(huán)控制檢測(cè)系統(tǒng)的精度決定了數(shù)控系統(tǒng)的精度和分辯率。不同類型數(shù)控機(jī)床對(duì)檢測(cè)裝置的精度和適應(yīng)的速度要求是不同的。對(duì)大型機(jī)床以滿足速度要求為主，對(duì)中小型機(jī)床和高精度機(jī)床以滿足精度要求為主。選擇測(cè)量系統(tǒng)的分辯率要比加工精度高一個(gè)數(shù)量級(jí)。14具體要求有：（1（ 準(zhǔn)確性好，滿足精度要求。（2（ 響應(yīng)速度快，滿足速度要求。（3（ 可靠性好，抗干擾性強(qiáng)。4.1.2 檢測(cè)裝置的分類 根據(jù)元件的安裝位置及與機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的耦合方式，可分為直接測(cè)量和間接測(cè)量?jī)煞N。間接測(cè)量精度低，需要增加補(bǔ)償措施。從檢測(cè)元件輸出的信號(hào)類型可分為絕對(duì)式和增量式檢測(cè)元件及模擬式，數(shù)字式檢測(cè)元件。位置檢測(cè)元件的分類見(jiàn)表 4—1表 4—1 位置檢測(cè)元件增 量 式 絕 對(duì) 式回轉(zhuǎn)式脈沖編碼器旋轉(zhuǎn)變壓器圓感應(yīng)同步器圓光柵，圓磁柵多速旋轉(zhuǎn)變壓器絕對(duì)脈沖編碼器三速圓感應(yīng)同步器直線式直線感應(yīng)同步器，計(jì)數(shù)光 柵磁尺，激光干涉儀三速圓感應(yīng)同步器絕對(duì)值式磁尺第 5 章 數(shù)控機(jī)床用可編程控制器5.1 可編程控制器在工業(yè)中應(yīng)用可編程控制器（簡(jiǎn)稱 PLC）是以微處理器技術(shù)為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和通信技術(shù)的一種新型工業(yè)控制裝置。PLC 以其可靠性高、耐惡劣環(huán)境能力強(qiáng)、使用極為方便這三大特點(diǎn)，在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化的強(qiáng)有力的工具，適用范圍包括電力、紡織、機(jī)械、鋼鐵、造紙、食品、化學(xué)等各種工業(yè)部門。15可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的控制裝置。它采用可編程存儲(chǔ)器，并通過(guò)數(shù)字式或模擬式輸入/輸出方式控制各種類型的機(jī)器或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊炭刂破骶哂泻軓?qiáng)的邏輯運(yùn)算能力，而且 PLC 的輸入/輸出接口適應(yīng)了工業(yè)過(guò)程的需要，具有功率放大的功能，可直接帶負(fù)載運(yùn)行，這就是 PLC 在工業(yè)控制上優(yōu)于普通微型計(jì)算機(jī)的地方?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都較易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能。可編程控制器不僅可代替繼電器控制系統(tǒng)，使硬件軟化，提高工作可靠性及系統(tǒng)的靈活性。另外，它還具有運(yùn)算、計(jì)數(shù)、調(diào)節(jié)、通信、聯(lián)網(wǎng)等功能，可以說(shuō)是控制裝置的一個(gè)飛躍。尤其在配合發(fā)展中的柔性制造單元（FMC）和柔性制造系統(tǒng)（FMS）方面，更顯示出布線少量的模擬量的控制系統(tǒng)中。小型可編程控制器主要用于單機(jī)自動(dòng)化，而大型可編程控制器主要用于自動(dòng)生產(chǎn)線中。如果按應(yīng)用類型來(lái)劃分，可編程控制器的應(yīng)用可分為如下幾個(gè)類型：第一種，PLC 在開(kāi)關(guān)量控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。這是可編程控制器最基本的控制功能，可用來(lái)取代繼電器控制系統(tǒng)裝置，如機(jī)床電氣控制；還可以用來(lái)取代順序控制和程序控制，如高爐上料系統(tǒng)、電梯控制、電廠物料輸送系統(tǒng)等?？梢?jiàn)，它既可用于單機(jī)控制，又可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化生產(chǎn)線的控制。第二種，PLC 在模擬量控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。通過(guò)使用數(shù)/模和模/ 數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，可編程控制器可以對(duì)模擬量進(jìn)行采集和控制，如溫度監(jiān)控系統(tǒng)，現(xiàn)今各可編程控制器制造廠高相繼推出了各種智能模塊，如 PIC 控制模塊、位置控制模塊、高速計(jì)數(shù)模塊等。第三種 PLC 在分級(jí)分布式控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。在分布式控制系統(tǒng)中，PLC 作為單元控制器，在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)輸入/輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制。通過(guò)加入通信模塊，PLC 與上級(jí)計(jì)算機(jī)之間，其它的 PLC 之間可以實(shí)現(xiàn)住處的交互，使整個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作。如在 PLC 生產(chǎn)線中，就經(jīng)常采用具有通信模塊的 PLC 來(lái)實(shí)現(xiàn)各個(gè)單元的控制功能。165.2 plc 在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用5.2.1 PLC 在機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)中所起的作用在機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)中，控制部分分為數(shù)字控制和順序控制兩大部分。數(shù)字控制部分控制刀具軌跡，而順序控制部分輔助機(jī)械動(dòng)作。這種輔助機(jī)械動(dòng)作控制通常稱強(qiáng)電控制，它以主軸轉(zhuǎn)速 S、刀具選擇 T 和輔助機(jī)能 M 為代碼住處關(guān)入數(shù)控系統(tǒng)，經(jīng)系統(tǒng)的識(shí)別、處理，轉(zhuǎn)抵達(dá)成與輔助機(jī)械動(dòng)作對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)，使招待五一節(jié)作相應(yīng)的開(kāi)關(guān)動(dòng)作。在討論 PLC、數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床各機(jī)械部件、機(jī)床輔助裝置、強(qiáng)電線路之間的關(guān)系時(shí)常把數(shù)控機(jī)床分為 NC 側(cè)和機(jī)床側(cè)兩大部分.NC 包括 CNC 系統(tǒng)的硬件和軟件,與 CNC 系統(tǒng)連接的外部設(shè)備.機(jī)床側(cè)包括機(jī)床機(jī)械部分及其液壓、氣壓、冷卻、潤(rùn)滑、排屑等輔助裝置、機(jī)床操作面板、繼電器線路、機(jī)床強(qiáng)電線路等。PLC 處于 NC 與機(jī)床之間，對(duì) NC 和機(jī)床的輸入 /輸出信號(hào)進(jìn)行處理。PLC 完成各種輔助功能時(shí)，首先由 CNC 系統(tǒng)對(duì)包括在 CNC 程序中的各種輔助功能指令進(jìn)行譯碼，將需要由 PLC 處理的數(shù)據(jù)傳遞給 PLC 的存儲(chǔ)器，PLC 將這些數(shù)據(jù)與來(lái)自機(jī)床的狀態(tài)信號(hào)結(jié)合，進(jìn)行邏輯運(yùn)算處理，生成控制指令，由 PLC 的輸出裝置經(jīng)過(guò)功率放大，通過(guò)控制機(jī)床的執(zhí)行元件實(shí)現(xiàn)各種輔助功能。在機(jī)床電氣控制中，PLC 順序控制的任務(wù)隨數(shù)控機(jī)訂的類型、結(jié)構(gòu)、輔助裝置等的不同而有很大區(qū)別，主要可以歸納為如下幾個(gè)方面：（1（ 機(jī)床主軸的起停、正反轉(zhuǎn)控制與主軸轉(zhuǎn)速的控制、倍率的選擇。（2（ 機(jī)床冷卻、潤(rùn)滑系統(tǒng)的接通和斷開(kāi)。（3（ 機(jī)床刀庫(kù)的起停和刀具的選擇、更換。（4（ 機(jī)床卡盤的夾緊、松開(kāi)。（5（ 機(jī)床自動(dòng)門的打開(kāi)、閉合。（6（ 機(jī)床尾座套筒的起停、前進(jìn)、后退控制。（7（ 機(jī)床排屑等輔助裝置的控制。175.2.2 數(shù)控機(jī)床用 plc 的分類數(shù)控機(jī)床用 PLC 可以分為兩類：內(nèi)裝型（Built-in Type）PLC 和獨(dú)立型（Stang-along Type）PLC 。1.內(nèi)裝型 PLC內(nèi)裝型 PLC 從屬于 CNC 裝置 PLC 與 NC 間的信號(hào)傳送在 CNC 裝置內(nèi)部可實(shí)現(xiàn)。PLC 的輸入/輸出信號(hào)則通過(guò) CNC 的輸入 /輸出接口電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳送。內(nèi)裝型 PLC 有如下特點(diǎn)：（1）內(nèi)裝型 PLC 實(shí)際上是 CNC 裝置帶有 PLC 功能，一般作業(yè)種基本的或可選擇的功能提供給用戶。它的特性指標(biāo)如輸入/ 輸出點(diǎn)數(shù)、程序最大步數(shù)、每步執(zhí)行時(shí)間、程序掃描周期、功能所從屬的 CNC 系統(tǒng)的規(guī)格、性能、適用機(jī)床的類型等確定。其硬、軟件整體結(jié)構(gòu)緊湊，功能的針對(duì)性強(qiáng)，技術(shù)指標(biāo)也較合理、實(shí)用，尤其用于單機(jī)數(shù)控設(shè)備的應(yīng)用場(chǎng)合。（2）在系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)上，內(nèi)裝型 PLC 可與 CNC 共用 CPU，也可單獨(dú)使用一個(gè) CPU。PLC 單獨(dú)使用一個(gè) CPU，可以數(shù)字控制和順序控制的并行處理，提高 CNC 系統(tǒng)的工作效率，也為機(jī)床輔助功能的擴(kuò)充提供了方便。硬件控制電路可與 CNC 其他電路制作在同一塊印刷電路板上，也可以單獨(dú)制成一塊附加板。所用的電源由 CNC 裝置提供，不需另備電源。（3）內(nèi)裝型 PLC 結(jié)構(gòu)，CNC 系統(tǒng)可以具有某些高級(jí)的控制功能,從而控制機(jī)床更方便、靈活，如梯型圖編輯和傳送功能、在 CNC 內(nèi)部處理 PLC 窗口的大量信息等。內(nèi)裝型 PLC 結(jié)構(gòu)使 CNC 系統(tǒng)具有更高的性能價(jià)格比，因此，絕大多數(shù)全功能 CNC 系統(tǒng)都具有內(nèi)裝型 PLC 結(jié)構(gòu)。2.獨(dú)立型 PLC獨(dú)立型 PLC 獨(dú)立于 CNC 裝置，具有完備的硬件和軟件功能，能夠獨(dú)立完成規(guī)定控制任務(wù)。采用獨(dú)立型 PLC 的數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)框圖如圖 4—2 所示。獨(dú)立型 PLC 有如下特點(diǎn)：（1）獨(dú)立型 PLC 有如圖 2 所示的基本功能結(jié)構(gòu)：CPU 及其控制電路、系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器、用戶程序存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口電路和編程器等外部設(shè)備通信的接口及電源等。18（2）獨(dú)立型 PLC 一般采用積木式模塊化結(jié)構(gòu)或籠式結(jié)構(gòu)插板結(jié)構(gòu)，各功能電路都做成獨(dú)立的模塊或鉺刷電路板，具有安裝方便、功能易于擴(kuò)展和變更等優(yōu)點(diǎn)。（3）獨(dú)立型 PLC 的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)可以通過(guò) I/O 模塊或插板的增減靈活配置。在獨(dú)立型 PLC 中，那些專為柔性制造系統(tǒng)（ FMS） 、工廠自動(dòng)化而開(kāi)發(fā)的獨(dú)立型 PLC 具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理、通信和診斷能力，主要用作單元控制器，是現(xiàn)代化生產(chǎn)制造系統(tǒng)重要的控制裝置。獨(dú)立型 PLC 也用于單機(jī)控制。5.2.3 plc 在數(shù)控機(jī)床中的接口信號(hào)及其配置方式在數(shù)控機(jī)床中，PLC 完成順序控制的功能。順序控制是在數(shù)控機(jī)床運(yùn)行過(guò)程中，CNC 和各行程開(kāi)關(guān)、傳感器、按鈕、繼電器等開(kāi)關(guān)量信號(hào)狀態(tài)為條件，并按照預(yù)先規(guī)定的邏輯順序?qū)χT如主軸的起停、換向、刀具的更換，工件的加緊、松開(kāi)、液壓、冷卻、潤(rùn)滑系統(tǒng)的運(yùn)行等進(jìn)行控制。PLC 與 CNC 之間及 PLC 與機(jī)床之間信息的多少，主要根據(jù)數(shù)控機(jī)床的控制要求設(shè)置。歸納起來(lái)，PLC 的接口信號(hào)主要有以下幾類：（1）PLC 給 CNC 的信號(hào)。主要有機(jī)床各坐標(biāo)基準(zhǔn)點(diǎn)信號(hào)，M 、S、T 功能的應(yīng)答信號(hào)等。（2）PLC 向機(jī)床傳遞的信號(hào)。主要是控制機(jī)床執(zhí)行件的執(zhí)行信號(hào)，如電磁鐵、交/直流電機(jī)接觸器、繼電器的動(dòng)作信號(hào)及確保機(jī)床各運(yùn)動(dòng)部件的信號(hào)和故障指示。（3）機(jī)床給 PLC 的信號(hào)。主要有機(jī)床操作面板上各開(kāi)關(guān)、按鈕的信號(hào)，其中包括機(jī)床的起動(dòng)、停止、冷卻液的開(kāi)、關(guān)，手動(dòng)換向，各坐標(biāo)的手動(dòng)和卡盤的松開(kāi)、夾緊等信號(hào)，以及上述各部件的限位開(kāi)關(guān)等保護(hù)裝置、主軸伺服保護(hù)狀態(tài)監(jiān)視信號(hào)和伺服系統(tǒng)運(yùn)行準(zhǔn)備等信號(hào)。PLC 在 CNC 機(jī)床系統(tǒng)中有三種不同的配置方式。第一種是 PLC 在機(jī)床一側(cè)代替?zhèn)鹘o的電器邏輯系統(tǒng)，這是PLC 有(m+n)個(gè)輸入/輸出點(diǎn)， 這時(shí)它僅有 M 個(gè)輸入/輸出點(diǎn)，因此元器件數(shù)目較少，易于維修，成本也19低；第三種是 PLC 在 CNC 控制柜中，而輸入/輸出接口放在機(jī)床一側(cè)，中間用一根光纜相連。 這種配置方式是 CNC 與機(jī)床接口的電纜線大大減少。5.3 plc 的規(guī)模在實(shí)際的應(yīng)用中，PLC 選型的一般原則是根據(jù) PLC 輸入/輸出點(diǎn)數(shù)的多少或用戶存儲(chǔ)器的大小作為評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)此，可以將 PLC 分為小型、中型、大型三類。如表 5—1 所示。表 5—1 PLC 的類型PLC 規(guī)模評(píng)價(jià)指標(biāo)輸入/輸出點(diǎn)數(shù)（兩者之和）程序存儲(chǔ)容量（KB=千字節(jié)）小型 PLC 128 點(diǎn)以下 2KB 以下中型 PLC 128～1024 點(diǎn) 2～8KB大型 PLC 1024 點(diǎn)以上 8KB 以上5.4 plc 的基本工作原理5.4.1 plc 的組成可編程控制器的系統(tǒng)組成與計(jì)算機(jī)基本相同，也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)是相輔相成的，它們共同構(gòu)成 PLC 系統(tǒng)，缺一不可。1.PLC 的硬件系統(tǒng)可編程控制器硬件系統(tǒng)是由中央處理器（CPU） 、存儲(chǔ)器、輸入/輸出模塊和供電電源等構(gòu)成。從硬件結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，可編程控制器 實(shí)際上就是計(jì)算機(jī)，其CPU 的工作原理也和計(jì)算機(jī)一樣。（1）中央處理器它作為整個(gè) PLC 的核心，起著總指揮的作用。主要完成以下功能：201）讀入現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)2）控制存儲(chǔ)和解讀用戶邏輯3）執(zhí)行各種運(yùn)算程序4）輸出運(yùn)算結(jié)果5）執(zhí)行各種診斷程序6）響應(yīng)各種外圍設(shè)備（如編程器，打印機(jī)等）的請(qǐng)求。目前，PLC 中所用的 CPU 多為單片機(jī)，如 AMD2900、A80A、8051 等。由于MCS-51 背地里片機(jī)是在 MCS-48 基礎(chǔ)上推出的增強(qiáng)型產(chǎn)品，它的出現(xiàn)直接與HMOS 工藝有關(guān)由于提高了集成度，因而增強(qiáng)了片機(jī)硬件的能力，并擴(kuò)展了功能單元的種類和數(shù)量。MCS-51 單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)有如下一些顯著特點(diǎn)：1）片內(nèi)有 128 個(gè)單元 RAM（在 8051 和 8751 片內(nèi)還有 4k 的 ROM 和 EPROM） ，在尋址空間上已經(jīng)擴(kuò)大到外部程序存儲(chǔ)器 64k 字節(jié)，外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 64k 字節(jié)。2）片內(nèi)的 I/O 口的數(shù)量和種類較多且齊全，尤其是有一個(gè)全雙工的串行口。3）具有 5 個(gè)中斷源、兩級(jí)優(yōu)先權(quán)的中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。4）兩個(gè) 16 位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，在指令的控制下，可實(shí)現(xiàn)四種工作模式。5）具有布爾處理器，可以有效地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的過(guò)程控制。我們還可以進(jìn)一步把 MCS-51 單片機(jī)與單板微機(jī)（如 TP801）作一個(gè)比較。顯然在硬件上 MCS-51 單片機(jī)相當(dāng)于將基本規(guī)模單板機(jī)具有的資源復(fù)合在一塊芯片上，而且在很多方面已超過(guò)單板機(jī)的功能。與 Z80 的指令系統(tǒng)相比較，除去數(shù)據(jù)快傳送能力相對(duì)弱些和非多累加器外，MCS-51 能力已大大超過(guò)了 Z80。特別是 MCS-51 布爾運(yùn)算處理器，它實(shí)際上是一個(gè)完整的 1 為微計(jì)算機(jī)，這個(gè)1 位機(jī)有自己的 CPU、位寄存器、 I/O 口和指令集。把 8 位微機(jī)結(jié)合在一起是微機(jī)技術(shù)上的一個(gè)突破。1 位機(jī)在形狀決策、邏輯電路仿真和實(shí)時(shí)控制方面非常有效；而 8 位機(jī)在運(yùn)算處理、數(shù)據(jù)采集方面有明顯的長(zhǎng)處。在 MCS-51 單片機(jī)中 8 位和 1 位機(jī)的硬件資源是復(fù)合在一起的，二者相輔相成，這是 MCS-51在設(shè)計(jì)上的精美之處，也是一般微機(jī)所不具備的。MCS-51 系統(tǒng)單片機(jī)的種類很多從中選取 8051 即可滿足本次設(shè)計(jì)需要。為了進(jìn)一步提高 PLC 的功能，近年來(lái)，在高檔機(jī)中已經(jīng)采用 16 位甚至 32位 CPU，還有的采用多 CPU 控制，如用一個(gè) CPU 分管邏輯運(yùn)算及專用的功能指21令，用另一個(gè) CUP 管理輸入/輸出模塊，這樣，就可加快 PLC 的工作速度并增加其功能。（2）存儲(chǔ)器PLC 內(nèi)部存儲(chǔ)器有兩類：一類是 RAM（即隨機(jī)存取存儲(chǔ)器） ，可以隨時(shí)由CPU 對(duì)它進(jìn)行讀取、寫(xiě)入；另一類是 ROM（即只讀存儲(chǔ)器） ，CPU 只能從中讀取而不能寫(xiě)入。RAM 主要用來(lái)存放各種暫存的數(shù)據(jù)、中間結(jié)果及用戶正在高度的程序，ROM 主要存放監(jiān)控程序及用戶調(diào)試好的程序，這些程序都事先固化在ROM 芯片中，開(kāi)機(jī)后便可運(yùn)行其中程序。（3）輸入/輸出模塊輸入/輸出模塊是可編程控制器與現(xiàn)場(chǎng) I/O 設(shè)備或其他外部設(shè)備之間連接的接口，PLC 的對(duì)外功能就是通過(guò)各類 I/O 模塊的外接線，實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)設(shè)備或秤過(guò)程的檢測(cè)與控制。除模塊接收現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制條件信號(hào)，如限位開(kāi)關(guān)、操作按鈕、傳感器信號(hào)等。這些信號(hào)被預(yù)先限定在某個(gè)電壓或電流范圍內(nèi)，輸入模塊將這個(gè)信號(hào)換成中央處理器能夠接受和處理的數(shù)字信號(hào)。輸出模塊的作用是接受中央處理器處理過(guò)的數(shù)字信號(hào)。并把它轉(zhuǎn)換成被控設(shè)備所能接受的電壓或電流信號(hào)，一驅(qū)動(dòng)諸如電機(jī)、繼電器或電磁閥等設(shè)備。（4）電源PLC 一般配有開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源模塊，用來(lái)對(duì) PLC 的內(nèi)部電路供電。（5）其他外部設(shè)備PLC 還可能配有一些其他的外部設(shè)備，如編程器、打印機(jī)、EPROM 寫(xiě)入器等。2.PLC 的軟件系統(tǒng)PLC 的軟件系統(tǒng)是指 PLC 所使用的各種程序的集合。它包括系統(tǒng)程序和用戶程序。（1）系統(tǒng)程序系統(tǒng)程序包括監(jiān)控程序、編譯程序及診斷程序等。監(jiān)控程序又稱為管理程序，主要用于管理整個(gè)計(jì)算機(jī)。編譯程序用來(lái)把程序語(yǔ)言翻譯成機(jī)器語(yǔ)言。診斷程序用于診斷機(jī)器故障。系統(tǒng)程序一般由 PLC 生產(chǎn)廠家提供，并固化在EPROM 中，不能由用戶直接存取，對(duì)用戶是不透明的。（2）用戶程序用戶程序是用戶根據(jù)自己的控制要求，用 PLC 的程序語(yǔ)言編制的應(yīng)用程序，22其編程的方式主要有：梯形圖、語(yǔ)句表和控制流程圖。用戶程序一般由用戶用編程器鍵入到 PLC 的內(nèi)存，或通過(guò) PLC 自帶的通信接口有其他的計(jì)算機(jī)傳入5.4.2 plc 的工作原理1.PLC 的工作方式PLC 雖然與微機(jī)的組成相似，但它的工作方式卻于微機(jī)有很大的不同。PLC 采用循環(huán)掃描的工作方式，也就是說(shuō)，當(dāng) PLC 運(yùn)行時(shí)，對(duì)于用戶程序中的眾多操作，PLC 不能同時(shí)去執(zhí)行，它只能按分時(shí)操作原理每一時(shí)刻執(zhí)行一個(gè)操作。由于 CPU 的運(yùn)算處理速度很高，使得外部出現(xiàn)的結(jié)果從宏觀來(lái)看似乎是同時(shí)完成的。這種分時(shí)操作的過(guò)程就稱為 CPU 對(duì)程序的掃描。2.PLC 的工作過(guò)程PLC 在每一個(gè)掃描周期的工作過(guò)程是相同的。一個(gè)掃描周期大致可分為輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出印刷三個(gè)階段。（1）輸入采樣階段在輸入采樣階段，PLC 以掃描方式按順序?qū)⑺休斎攵说男盘?hào)狀態(tài)（開(kāi)或關(guān)， “1”或“0” ）讀入到輸入映像寄存器中寄存起來(lái)，稱為對(duì)輸入信號(hào)的采樣。接著轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段，在程序執(zhí)行期間，即使輸入狀態(tài)變化，輸入映像寄存器的內(nèi)容也不會(huì)改變。輸入狀態(tài)的變化只能在下一個(gè)掃描周期的輸入采樣階段才被重新讀入。（2）程序執(zhí)行階段在程序執(zhí)行階段，PLC 對(duì)程序按順序進(jìn)行掃描。如果程序用梯形圖表示，則總是按先上后下、先左后右的順序進(jìn)行掃描。每掃到一條指令時(shí)，所需要的輸入狀態(tài)或其他變量的狀態(tài)分別由輸入映像寄存器和 PLC 的內(nèi)部寄存器中讀出，而執(zhí)行結(jié)果寫(xiě)入輸出映像寄存器中。這就是說(shuō)，輸出映像寄存器中寄存的內(nèi)容，會(huì)隨程序執(zhí)行的進(jìn)程而變化。（3）輸出刷新階段在程序執(zhí)行完成后，進(jìn)入到輸出刷新階段。此時(shí)，將輸出映像寄存器中所有輸出寄存器的狀態(tài)轉(zhuǎn)存到輸出鎖存電路，再去驅(qū)動(dòng)用戶輸出設(shè)備（負(fù)載） ，這就是 PLC 的實(shí)際輸出。PLC 重復(fù)地執(zhí)行上述三個(gè)階段，每重復(fù)一次的時(shí)間就是一個(gè)掃描周期。掃23描周期的長(zhǎng)短主要取決于這幾個(gè)因素：一是 CPU 執(zhí)行指令的速度，二是每條指令占用的時(shí)間，三是指令條數(shù)的多少，即程序的長(zhǎng)短?？偨Y(jié)上面分析的程序執(zhí)行過(guò)程，可得出 PLC 的輸入/輸出的處理規(guī)則如圖5—7 所示。圖 5—7 PLC 的輸入/輸出處理規(guī)則24第六章 經(jīng)濟(jì)分析CB3463-1 型轉(zhuǎn)塔車床是一種自動(dòng)化程度較高的機(jī)床，是屬于液電聯(lián)合控制的半自動(dòng)化的車床，由于本機(jī)床出現(xiàn)的時(shí)間較早所以在有些自動(dòng)化部分較今天的自動(dòng)機(jī)床有很大的差別，但又較傳統(tǒng)車床又有很大的先進(jìn)性，但其由于是“矩陣插銷板”式的程序控制系統(tǒng)，在編程和修改都較難。工件變動(dòng)時(shí)，改變程序和調(diào)整機(jī)床都不方便。CB3463-1 型半自動(dòng)轉(zhuǎn)塔車床的電子元件都是易損件，并且插銷板裸露在外很容易受到外界的污染，使其損壞。損壞后的電子元件不易買到而且使用不當(dāng)時(shí)也會(huì)造成損壞。這種機(jī)床只適用于粗加工和半精加工，所以在一些廠家由于修復(fù)比較困難所以都不使用屬于閑置設(shè)備行列，而經(jīng)過(guò)改造后，整個(gè)機(jī)床沒(méi)有外裸的元件，而且編程和調(diào)整機(jī)床上都變得方便，所花費(fèi)比修復(fù)高、不太多，其性價(jià)比完全修復(fù)高，所以數(shù)控改造對(duì)本機(jī)床較為實(shí)用。25第七章 感應(yīng)同步器7.1 感應(yīng)同步器的簡(jiǎn)單介紹感應(yīng)同步器是一種電磁式的高精度檢測(cè)地元件。是應(yīng)用電磁感應(yīng)原理來(lái)測(cè)量直線位移或轉(zhuǎn)角位移的傳感器，具有較高的測(cè)量精度和分辨力，抗干擾能力強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)，維護(hù)簡(jiǎn)單，可用于長(zhǎng)距離位移測(cè)量。工藝成本低，便于復(fù)制和成批生產(chǎn)。按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分為直線式和旋轉(zhuǎn)式（俗稱圓盤式）兩種。直線式感應(yīng)同步器由定尺和滑尺組成；圓盤式感應(yīng)同步器由轉(zhuǎn)子和定子組成（參見(jiàn)圖7—1） 。圖 7—1（a） 直線式感應(yīng)同步器 (a)定尺 (b)滑尺前者用于長(zhǎng)度測(cè)量，后者用于角度測(cè)量。它們的工作原理都與旋轉(zhuǎn)變壓器相似。直線式感應(yīng)同步器，實(shí)際上是一種展開(kāi)的具有印刷繞組和無(wú)槽結(jié)構(gòu)的多級(jí)旋轉(zhuǎn)變壓器。用滑尺和定尺的激磁繞組和感應(yīng)繞組間隨相對(duì)位置變化的電磁耦合進(jìn)行位置檢測(cè)。由于直線式感應(yīng)同步器滑尺繞組是多級(jí)結(jié)構(gòu)（64 級(jí)和 96級(jí)）形式，其輸出信號(hào)是對(duì)總級(jí)數(shù)的平均結(jié)果。因此，誤差可以得到均衡補(bǔ)償，26精度較高。近年來(lái)作為一種高精度的位置檢測(cè)裝置，用得較多尤其在數(shù)控機(jī)床閉環(huán)伺服系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。定子 轉(zhuǎn)子圖 7—1(b) 圓形感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器的工作原理:感應(yīng)同步器是根據(jù)互感原理工作的。它的結(jié)構(gòu)保證了其定子與轉(zhuǎn)子之間空氣隙內(nèi)的磁通分布呈正（余）弦規(guī)律。使用時(shí)，在滑尺繞組通以一定頻率的交流電壓，由于電磁感應(yīng)，在定尺繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)，其幅值和相位取決于定尺和滑尺的相對(duì)位置。如圖 7—2 所示：27圖 7—2 感應(yīng)同步器工作原理滑尺上展開(kāi)分布著兩個(gè)激磁繞組，分別稱為正旋繞組和余弦繞組，它們?cè)诳臻g位置上相差 1/4 節(jié)距，每個(gè)節(jié)距相當(dāng)于繞組空間分布的周期又稱極距，一般為 2 毫米，用 2 表示。定尺上的感應(yīng)繞組連續(xù)分布?；吲c定尺互相平行，?并且保持一定間隙。當(dāng)滑尺上某一繞組通以給定頻率的交流電壓時(shí)，由于電磁感應(yīng)，在定尺繞組上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的幅值和相位如圖 3—2 所示。圖 6—2 為滑尺在不同位置時(shí)的感應(yīng)電勢(shì)，a 點(diǎn)表示滑尺的繞組 A 與定尺重合，這時(shí)感應(yīng)電勢(shì)最大。如滑尺相對(duì)定尺作平行移動(dòng)；感應(yīng)電勢(shì)就逐漸減小，在剛好錯(cuò)開(kāi) 1/4 極距的位置 b 時(shí)，感應(yīng)電勢(shì)為零。再繼續(xù)移動(dòng)到 1/2 極距的位置 c 時(shí)，感應(yīng)電勢(shì)與 a 位置相同，但其極性相反。其后，感應(yīng)電勢(shì)在 3/4 極距位置 d 時(shí)又變?yōu)榱?。在移?dòng)了一個(gè)極距到達(dá) e 點(diǎn)時(shí)，情況與位置 a 相同。這樣，滑尺在移動(dòng)一個(gè)極距過(guò)程中，感應(yīng)電勢(shì)變化了一個(gè)極距過(guò)程中，感應(yīng)電勢(shì)變化了一個(gè)余弦波形。感應(yīng)同步器就是利用這個(gè)感應(yīng)電勢(shì)的變化來(lái)進(jìn)行位置檢測(cè)的。令 Vs 表示繞組 A 的激磁電壓： tVms?in??則定子中的感應(yīng)電勢(shì) Vo 為 ??SCosKCoVo???式中 k—耦合系數(shù)相移 由下式?jīng)Q定：?tXt???2t 為感應(yīng)同步器的半極距；X 為從 a 點(diǎn)開(kāi)始計(jì)算滑尺的位移量。用于位置測(cè)量時(shí)，根據(jù)不同的激勵(lì)方式，感應(yīng)同步器可有兩種工作狀態(tài)：一種為相位工作狀態(tài)；另一種為幅值工作狀態(tài)。