数控技术毕业设计（论文）-数控车床的主轴控制系统的设计.doc

郑州大学数控技术专业毕业论文郑州大学数控技术专业毕业论文 题目：数控车床的主轴控制系统的设计题目：数控车床的主轴控制系统的设计 学生姓名：学生姓名： 专专 业业：数控技：数控技术术 指指导导老老师师： ： 完成完成时间时间： ：2012 年年 4 月月 郑州大学毕业论文 共 28 页 第 2 页 摘摘 要要 本论文主要介绍数控车床主轴控制的设计，根据电气控制的要求，设计了的电气 原理图。根据电气元件参数的设定，来确定各元器件的选择。根据设计要求及强电控 制线路和控制要求，编写 PLC 程序，介绍了 FANUC、 PLC、FANUC 系统的指令以及 编程；最后，针对所设计的内容进行总结。 关关键词键词： ：主轴控制系统；电气原理设计；PLC 郑州大学毕业论文 共 28 页 第 3 页 Abstract This paper focuses on the CNC lathe spindle control design, CNC machine tool spindle control system, it is the use of digital information on the movement and work process control. According to the electrical control requirements, design the electrical schematic. According to the electrical components parameters, to determine the choice of various components. According to the design requirements and strong electric control line and control requirements, write the PLC program, describes the FANUC system built-in PLC address signals, FANUC system of instruction and programming; and finally, for the design of the content of the summary. Key words: spindle control system; electrical schematic design; PLC 郑州大学毕业论文 共 28 页 第 4 页 目录目录 第一章第一章 绪论绪论 -5 1.1 选题背景与意义-5 1.2 数控机床对主轴驱动系统的要求-5 1.3 电气原理图设计的原则和设计步骤-6 1.4 电气方案的确定-7 第二章电气原理图的设计第二章电气原理图的设计 -10 2.1 电气原理图的设计-10 2.1.1 电源电路-10 2.1.2CNC 电路图 -10 2.1.3 主轴电路-10 2.1.4 强电电路-10 2.1.5 PLC 输入、输出电路-10 2.2 电气元件的选择-11 2.2.1 熔断器的选择-11 2.2.2 变频器的选择-11 2.2.3 接触器-12 2.2.4 继电器-12 2.2.5 变压器的选择-12 2.2.6 空气开关-13 2.2.7 其他元气件的选择-13 第三章第三章 PMC 程序的设计程序的设计 -14 3.1FANUC 系统、可编程控制器 PLC 的简介-14 3.2 PMC 的基本指令、功能指令 -14 3.3 PMC 程序梯形图 -15 PLC 程序功能的说明-18 总总 结结-19 谢谢 辞辞-20 参考文献参考文献 -21 附录附录 -22 郑州大学毕业论文 共 28 页 第 5 页 1.绪论绪论 1.1 选题选题背景与意背景与意义义 数控技术也叫计算机数控技术（CNC，Compute Numerical Control），目前它是采 用计算机实现数字程序控制的技术。 数控技术是机械加工自动化的基础，是数控机床的核心技术，其水平高低关系到 国家战略地位和体现国家综合国力的水平，数控技术的广泛应用给传统的制造业的 生产方式，产品结构带来了深刻的变化。也给传统的机械，机电专业的人才带来新的 机遇和挑战。我国经济全面与国际接轨，并逐步成为全球制造中心，我国企业广泛应 用现代化数控技术参与国际竞争。数控技术是制造实现自动化，集成化的基础，是提 高产品质量，提高劳动生产率不可少的物资手段。 在数控机床中，主轴是机床里的一个非常重的部分，对于它的控制的好坏一定程 度上反应一个机床的控制柔性的程度。主轴驱动系统控制数控车床主轴的旋转运动， 为车床主轴提供驱动功率以及所需的切削力。目前在数控车床中，主轴驱动常使用交 流电动机，直流电动机已逐渐被淘汰，由于受永磁体的限制，交流同步电动机功率做 得很大时，电动机成本太高。因此目前在数控机床的主轴驱动中，均采用笼型异步电 动机。为了获得良好的主轴特性，设计中采用矢量变频控制的交流主轴电动机，矢量 控制分无速度传感器和有速度传感器两种方式，后者具有更高的速度控制精度，在数 控车床中无速度传感器的矢量变频器已符合控制要求 近年来，PLC 在工业自动控制领域应用愈来愈广，它在控制性能、组机周期和硬 件成本等方面所表现出的综合优势是其它工控产品难以比拟的。随着 PLC 技术的发 展, 它在位置控制、过程控制、数据处理等方面的应用也越来越多。 论文以我所在 常熟车床加工有限公司数控车间的永进 TC15 数控车床为研究对 象，结合所学知识参考数控设备应用与维护综合实训，论文主要研究永进 TC15 数控 车床的主轴控制系统、电气原理设计，PMC 程序的设计等内容。 在实习期间培养了自己的职业能力，激发学习主动性，培养社会生存能力，锻炼 自己理论与实践相结合的能力，回顾、运用所学的理论知识，并为将来走上工作岗位 奠定基础。 1.2 数控机床数控机床对对主主轴驱动轴驱动系系统统的要求的要求 主轴驱动系统也叫主传动系统，是在系统中完成主运动的动力装置部分。主轴驱 动系统通过该传动机构转变成主轴上安装的刀具或工件的切削力矩和切削速度，配合 进给运动，加工出理想的零件。它是零件加工的成型运动之一，它的精度对零件的加 工精度有较大的影响。 机床的主轴驱动和进给驱动有较大的差别。机床主轴的工作运动通常是旋转运 郑州大学毕业论文 共 28 页 第 6 页 动，不像进给驱动需要丝杠或其它直线运动装置作往复运动。数控机床通常通过主轴 的回转与进给轴的进给实现刀具与工件的快速的相对切削运动。在 20 纪 60-70 年代， 数控机床的主轴一般采用三相感应电动机配上多级齿轮变速箱实现有级变速的驱动 方式。随着刀具技术、生产技术、加工工艺以及生产效率的不断发展，上述传统的主 轴驱动已不能满足生产的需要。现代数控机床对主轴传动提 出了更高的要求： （1）调速范围宽并实现无极调速 为保证加工时选用合适的切削用量，以获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。 特别对于具有自动换刀功能的数控加工中心，为适应各种刀具、工序和各种材料的加 工要求，对主轴的调速范围要求更高，要求主轴能在较宽的转速范围内根据数控系统 的指令自动实现无级调速，并减少中间传动环节，简化主轴箱。 目前主轴驱动装置的恒转矩调速范围已可达 1100，恒功率调速范围也可达 130，一 般过载 1.5 倍时可持续工作达到 30min。 主轴变速分为有级变速、无级变速和分段无级变速三种形式，其中有级变速仅用 于经济型数控机床，大多数数控机床均采用无级变速或分段无级变速。在无级变速中， 变频调速主轴一般用于普及型数控机床，交流伺服主轴则用于中、高档数控机床。 （2）恒功率范围要宽 主轴在全速范围内均能提供切削所需功率，并尽可能在全速范围内提供主轴电 动机的最大功率。由于主轴电动机与驱动装置的限制，主轴在低速段均为恒转矩输出。 为满足数控机床低速、强力切削的需要，常采用分级无级变速的方法（即在低速段采 用机械减速装置），以扩大输出转矩。 （3）具有四象限驱动能力 要求主轴在正、反向转动时均可进行自动加、减速控制，并且加、减速时间要短。 目前一般伺服主轴可以在 1 秒内从静止加速到 6000r/min。 （4）具有位置控制能力 即进给功能（C 轴功能）和定向功能（准停功能），以满足加工中心自动换刀、刚性 攻丝、螺纹切削以及车削中心的某些加工工艺的需要。 （5）具有较高的精度与刚度，传动平稳，噪音低。 数控机床加工精度的提高与主轴系统的精度密切相关。为了提高传动件的制造 精度与刚度，采用齿轮传动时齿轮齿面应采用高频感应加热淬火工艺以增加耐磨性。 最后一级一般用斜齿轮传动，使传动平稳。采用带传动时应采用齿型带。应采用精度 高的轴承及合理的支撑跨距，以提高主轴的组件的刚性。在结构允许的条件下，应适 当增加齿轮宽度，提高齿轮的重叠系数。变速滑移齿轮一般都用花键传动，采用内径 定心。侧面定心的花键对降低噪声更为有利，因为这种定心方式传动间隙小，接触面 大，但加工需要专门的刀具和花键磨床 郑州大学毕业论文 共 28 页 第 7 页 1.3 电电气原理气原理图设计图设计的原的原则则和和设计设计步步骤骤 数控机床（CNC machinery）集计算机技术、电子技术、自动控制、传感测量、机械 制造、网络通信技术于一体，是典型的机电一体化产品, 具有模块化特点。因此数控 机床在控制设计上具有很大的灵活与实际应用性。 我们知道主轴运动属于机床主运动，在实际加工中产生大量的热与消耗大量功， 同时在加工过程中由于温度过高、工艺要求或其它情况需要随时调整主轴的转速。 机床的电气控制线路是由各主令电气，接触器、继电器、保护装置和电动机等， 按照一定的控制要求用导线连接而成的。机床的电气控制，不仅要求能实现启动、正 反转、制动和调速等基本要求，而且要求满足生产工艺的各项要求，保证机床各运动 的相互调和和准确，并具有各种保护装置，工作可靠，实现自动控制。 机床电气控制应该遵循的原则有： （1）最大限制满足机床和工艺对电气控制的要求。 （2）在满足要求的前提下，设计方案应简单，经济和实用。 （3）妥善处理机械与电气的关系。 （4）将电气系统的安全性和可靠性放在首位。 （5）合理选用电气元件 机床电气控制系统设计包含原理设计和工艺设计两部分。 1. 拟订设计任务书简要说明所设计任务的用途、工艺过程、动作要求、传动参数、 工作条件及（1）电气传动基本特性要求、自动化程度要求及控制精度；（2）目标成本与 经费限额；（3）设备布局、安装要求、控制箱、操作台布置、照明、信号指示、报警方式 等；（4）工期、验收标准及验收方式。 2. 选择拖动方案与控制方式电动机选择基本原则：（1）电动机的机械特性应满足 生产机械提出的要求，要与被拖动负载特性相适应以保证运行稳定并具有良好的启 动、制动性能，对有调速要求时应合理选择调速方案；（2）工作过程中电动机容量能得 到充分利用，使其温升尽可能达到或接近额定温升值；（3）电动机的结构形式应能满 足机械设计要求，选择恰当的使用类别和工作制，并能适用周围的环境工作条件。在 满足设计要求情况下，应优先采用结构简单、维护方便的笼型三相交流异步电动机。 电力拖动方案确定后，电动机的类型、数量及其控制要求就已基本确定，采用什 么方法去实现这些控制要求就是控制方式的选择问题。在确定控制方案时，应尽可能 采用新技术、新器件和新的控制方法。 3. 设计电气控制原理图、选用元器件、编制元器件目录清单。 4. 设计电气施工图，并以此为根据编制各种材料定额清单。 5. 编写设计说明书。 通过对主轴的控制的分析，可以从中发现对于主轴的控制是一个较复杂的过程。 郑州大学毕业论文 共 28 页 第 8 页 要善于归纳与总结，才能较轻松的写出相应的程序 1.4 电电气方案的确定气方案的确定 主轴驱动装置根据主轴速度控制信号的不同分为模拟量控制的主轴驱动装置和 串行数字控 制的主轴驱动装置两类。模拟量控制的主轴驱动装置采用变频器来控制主轴电 机。串行数字控制的主轴驱动装置是数控系统生产厂家用来驱动该厂家专业主轴电 机的驱动装置，不同数控系统其主轴驱动装置各不相同。 目前国内中高端用户大多采用的即是西门子、发那科、三菱电机等这些国际知名 公司的数控系统，尤其是在汽车及零部件制造业这样的大规模生产线上，这些品牌的 数控系统占据着中高端的主流市场，其他国内外多种品牌特别是经济性数控系统在 中低端市场则有百花齐放之势，还有很多专用数控系统亦是各有用武之地。 当前，第六代数控系统以西门子的 840D 和 810D 数控系统为代表，它的硬件结 构更加简单、紧凑、模块化，软件内容更加丰富，功能更强大，代表并引领着当今数控 技术的发展方向。发那科 0i 和 21i 数控系统也很典型，其最新开发的是 18i 系统，稳 定易用，实用性很强，应用非常广泛。三菱电机 M60S 数控系统的替代品C70 适 用于大规模生产线，其最新推出的 M70/M700 可更广泛地用于多种机械加工。三菱 电机还与山崎马扎克合作，开发了 Mazatrol Fusion 640 数控系统。Mazatrol Fusion 640 数控系统以其高品质的运动控制性能和先进的信息化、智能化功能在技术上同样居 于世界领先地位。 继电器的控制是采用硬件接线实现的，是利用继电器机械触点的串联或并联极 延时继电器的滞后动作等组合形成控制逻辑，只能完成既定的逻辑控制。继电器控制 逻辑是依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低，毫秒级，机械触点有抖动现象。 继电器控制系统是靠时间继电器的滞后动作实现延时控制 PLC 采用存储逻辑，其控制逻辑是以程序方式存储在内存中，要改变控制逻辑， 只需改变程序即可。控制速度 PLC 是由程序指令控制半导体电路来实现控制，速度 快，微秒级，严格同步，无抖动。 本课题采用模拟量控制的主轴驱动装置，FANUC 公 0i MATE 数控系统。 随着数字 SPWM 变频调速系统的发展，越来越多的采用通用变频器作为数控机 床主轴驱动装置。变频器有多方面的优点：可以和通用的笼型异步电动机配套使用， 具有多种可供选择的功能，可应用于各种不同性质的负载。 FANUC 的数控系统具有高质量、高性能、全功能，适用于各种机床和生产机械 的特点，在市场的占有率远远超过其他的数控系统。主要体现在以下几个方面。 （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）具有很强的抵抗恶劣环境影响的能力。 郑州大学毕业论文 共 28 页 第 9 页 其工作环境温度为 045，相对湿度为 75。 （3）有较完善的保护措施。FANUC 对 自身的系统采用比较好的保护电路。 （4）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。对于一般的机床来说，基本功能完全能满足使用要求。 （5） 提供大量丰富的 PMC 信号和 PMC 功能指令。这些丰富的信号和编程指令便于用户 编制机床侧 PMC 控制程序，而且增加了编程的灵活性。 （6）具有很强的 DNC 功能。 系统 提供串行 RS232C 传输接口，使通用计算机 PC 和机床之间的数据传输能方便、 可靠地进行，从而实现高速的 DNC 操作。 （7）提供丰富的维修报警和诊断功能。 FANUC 维修手册为用户提供了大量的报警信息，并且以不同的类别进行分类。 PLC 采用存储逻辑，其控制逻辑是以程序方式存储在内存中，要改变控制逻辑， 只需改变程序即可。PLC 是由程序指令控制半导体电路来实现控制，速度快，微秒级， 严格同步，无抖动。时间继电器定时精度不高，受环境影响大。PLC 的特点：1 编程方 法简单易学 2 功能强，性能价格比高 3 硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强 4 可 靠性高，抗干扰能力强 5 系统的设计、安装、调试工作量少 6 维修工作量少，维修方 便 7 体积小，能耗低。 郑州大学毕业论文 共 28 页 第 10 页 第二章第二章电电气原理气原理图图的的设计设计 2.1 电电气原理气原理图图的的设计设计 2.1.1 电电源源电电路路 电源电路见附录（图 1） 原理：D1 QF1 为电源总断路器，电源 AC380V 供给变频器。D1TC1 为控制 变压器，一次侧为 AC380V，二次侧为 220V，为照明和交流接触器提供电源。D1 VC1 为开关电源，为 CNC、CRTMDI、中间继电器提供 DC24V 电源。D1Fu1、 Fu2、Fu3、Fu4、Fu5 为电路的短路保护。 2.1.2CNC 电电路路图图 CNC 电路图见附录（图 2） 本课题采用 FANUC 公司 POWER 0i MATE 数控系统， CNC 电路图，W1-A1 为 CNC 装置。CNC 装置控制模拟主轴（变频器 JA11）、主轴 位置编码器(JA12)、手摇脉冲发生器（W1-GP）及强电柜；M1-K1 为接通/断开继电器 2.1.3 主主轴电轴电路路 主轴电路见附录（图 3） 原理：采用模拟主轴控制，配置 3Kw、2880rmin 的交流异步电动机，速度开环控 制系统。CNC 输出的模拟信号到变频器的 10 与 15 端口，从而控制电动机的转速，通 过设置变频器的参数，实现从最低转速到最高转速的调速。H1K1 为主轴交流接触 器，接通或断开主轴动力电源。主轴位置上的编码器 H1GP 使主轴能与进给驱动同 步控制，以便加工螺纹；M3K3、M3K4 为主轴正反转继电器，通过 PLC 实现正反 转控制。为急停，当变频器有异常情况是，通过、2 端口输出报警信号到 PLC。 2.1.4 强电电强电电路路 强电电路见附录（图 4） 当按下急停按钮 M1-SB1 时，SB2、SB3 为 CNC 接通/断开按钮，发出急停信号- K2 停止主轴转动，打开电源钥匙 M1-SA1,接通中间继电器-K3，AC220V 上电，M3- K1 为通过 PLC 接通主轴电动机接触器 H1-K1 的信号。 2.1.5 PLC 输输入、入、输输出出电电路路 PLC 输入、输出电路见附录图 5、图 6 M2-SB1、-SB2、-SB3 分别为主电动机接通、断开、循环启动按钮；按下急停按钮 时发出急停信号 M1-K2，机床立即停止工作；当机床设备异常，出现一个报警信号时， 郑州大学毕业论文 共 28 页 第 11 页 报警灯亮。 M3-K1 为接通主轴电动机继电器，-K3、-K4 为主轴正反转继电器，-HL3 为故障灯。 2.2 电电气元件的气元件的选择选择 2.2.1 熔断器的熔断器的选择选择 熔断器是一种简单而有效的保护电器。在电路中主要起短路保护作用，选择熔断 器时主要是选择熔断器的类型、额定电压、额定电流及熔体的额定电流。 选 15A，选 RT18-32 控制线路中PU12*3220V=0.7A 选择 2A 型号为 RT18-32 2.2.2 变频变频器的器的选择选择 变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控 制装置。按照课题的要求，本课题选用的是 FR-S540E-3.7K-CH 型号的变频器。 根据生产机械的负载特性、调速范围、静态速度精度、起动转矩的要求，决定选 用那种控制方式的变频器，在变频器选型前应掌握传动系统的以下参数： (1)电动机的极数。 (2)转矩特性、临界转矩、加速转矩。 (3)电磁兼容性。 。 主要具有以下特点：（1）变频器效率 96%至 97%；（2）过载能力强，内置制动单元， 5 分钟内持续时间 60 秒 150%(恒转矩)负载电流过载，或 1 分钟内持续 3 秒 200%过 载；（3）起动冲击电流小于额定输入电流；（4）各种保护齐全。 由于矢量控制是着眼于转子磁通来控制电机的定子电流，因此在其内部的算法 中大量涉及到电机参数。电机除了考虑常规的参数如电机极数、额定功率、额定电流 外，还应考虑定子电阻、定子漏感抗、转子电阻、转子漏感抗、互感抗和空载电流。 数控车床用变频器特点如下： (1)体积小，属于迷你型产品，占用控制柜空间较小; (2)控制方式为正弦波 SPWM(提供无速度反馈矢量控制)，控制性能较以前的 VF 控制方式性 能上有很大的改善，特别是在低速转矩上满足机床主轴的需求，5Hz 时起动转矩能够 达到 150%以上; (3)载波频率范围 015kHz，减小电机的电磁噪音; (4)提供标准的 010V 模拟量接口(输入阻抗 47k，输出阻抗 250k)，能够与大 多数数控 系统接口兼容，通用性强; (5)过载能力强，150%以上额定输出电流超过一分钟; 郑州大学毕业论文 共 28 页 第 12 页 (6)提供多功能的输出端子信号，例如零速信号，运转中信号，速度到达信号，故 障指示，满足系统对于主轴速度状态的监控; (7)自动转矩补偿，满足机床主轴在低速情况下的加工需求; (8)提供三组异常纪录，供维修人员从侧面了解机床主轴实际的运行状况; (9)电机参数自动整定功能，在线识别电机参数，保证系统的稳定性和精确性。 2.2.3 接触器接触器 接触器是一种用来频繁地接通和分断带有负载的主电路的自动控制电器。接触 器由电磁机构、触点系统、灭弧装置及其他部件四部分组成。其中电磁机构由线圈、 动铁心和静铁心组成；触点系统包括三对触点、辅助触点。 工作原理是当线圈通电后，铁心产生电磁吸力将衔铁吸合。衔铁带动触点系统动 作，使常闭触点断开，常开触点闭合。当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在反作用弹 簧力的作用下释放，触电系统随之复位。选择交流接触器时主要考虑主触点的额定电 压、额定电流、辅助触点的数量与种类、吸引线圈的电压等级、操作频率等。 u=380V，II1=8A，选 CJ1010 冷却电机、卡盘电机电路 2.2.4 继电继电器器 继电器是一种根据电量参数（电压、电流）或非电量参数（时间、温度、压力等）的 变化自动接通或断开控制电路，以完成控制或保护任务的电器。继电器用途广泛，种 类繁多。按反应的参数可分为电流继电器、电压继电器、时间继电器、热继电器和速 度继电器等；按动作原理可分为电磁式、电动式、电子式等。 U=220V，I2=2.9A，I3=0.33A，触点对数为 4 对。 型号选择 JZ744，5A，220V，JZ844，5A，24V 2.2.5 变压变压器的器的选择选择 变压器是一种将某一数值的交流电压变换成频率相同但数值不同的交流电压的 静止电器。 变压器的功能主要有：电压变换；电流变换，阻抗变换；隔离；稳压（磁饱和变压器） ;自耦变压器；高压变压器（干式和油浸式）等。变压器的选择原则 选择变压器的主要依据式变压器的额定值。 1) 根据实际情况选择一次额定电压 U1（380V、220V），在选择二次额定电压 U2(二次额定值是指初级加额定电压时，二次的空载输出电压，二次带有额定负载时 输出电压下降 5%，因此选择输出额定电压时应略高于份额在额定电压)。 2) 根据实际负载情况，确定各二次绕组额定电流 I2。一般绕组的额定输出电流 应大于或等于额定负载电流。 郑州大学毕业论文 共 28 页 第 13 页 二次额定容量由总容量确定。根据经验公式 P=KP i 式中 P i -电磁元件的吸持功率和灯等负载消耗的功率，单位为 kW； K-变压器的容量储备系数，K=1.11.5。 本课题中选择的接触器、继电器一般功率 12W，系统输入输出小于 100W,由于本 课题中控制变压器的容量 P 可根据由它供电的最大工作负载所需要的功率来计算并 留用一定的余量.所以本设计中的控制变压器 D1-TC1 的容量为： P=(100+124)1.2=150VA 因此控制变压器 D1-TC1 的容量选择为 150VA。 2.2.6 空气开关空气开关 电源总空气开关 D1-QF1 主要给主轴电动机 H1-M1 提供电源, 而在控制变压器 二次侧的 NC、强电控制电路等在变压器一次侧产生的电流相对较小,因此电源总空气 开关 D1-QF1 的额定电流的选择主要考虑主轴电动机 H1-M1 的额定电流 P1=3Kw，P2=1.1Kw，P3=125w，U=380V I=P1U=7.9A，I2=2.9A，I3=0.33A，I 总=I1+I2+I3=11.3A，所以选择 16A，确定空 气开关为 DZ115401901，220V，16A，级数为一。 2.2.7 其他元气件的其他元气件的选择选择 1.直流稳压电源 直流稳压电源的功能是将非稳定交流电源变成稳定直流电源。 在数控机床电气控制系统中，需要稳压电源给驱动器、控制单元、直流继电器及 信号指示灯等提供直流电源。在数控机床中主要使用开关电源。 直流稳压电源的功率为100W。 2.按钮的选择 根据需要的触电数目,动作要求,使用场合及颜色等进行按钮的选择。一般用红色 表示停止，绿色表示启动。本设计中 按钮 M1-SB1 为急停按钮，红色；M1-SB2 和 M2- SB1 选择按钮的颜色为绿色, 按钮 M1-SB3、M2-SB2 选择的颜色为红色。 郑州大学毕业论文 共 28 页 第 14 页 第三章第三章 PMC 程序的程序的设计设计 3.1FANUC 系系统统、可、可编编程控制器程控制器 PLC 的的简简介介 FANUC 系统是日本富士通公司的产品，通常其中文译名为发那科。FANUC 系统 进入中国市场有非常悠久的历史，有多种型号的产品在使用，使用较为广泛的产品有 FANUC 0、FANUC16、FANUC18、FANUC21 等。在这些型号中，使用最为广泛的是 FANUC0 系列。 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。FANUC 系统设计了比较健全的自我保 护电路。 PMC 信号和 PMC 功能指令极为丰富，便于工具机厂商编制 PMC 控制程序，而 且增加了编程的灵活性。系统提供串行 RS232C 接口，以太网接口，能够完成 PC 和机 床之间的数据传输。 FANUC 系统性能稳定，操作界面友好，系统各系列总体结构非常的类似，具有 基本统一的操作界面。FANUC 系统可以在较为宽泛的环境中使用，对于电压、温度 等外界条件的要求不是特别高，因此适应性很强。 鉴于前述的特点，FANUC 系统拥有广泛的客户，使用该系统的操作员队伍十分 庞大。 PLC(Programmable Logic Controller)可编程程序控制器，是一种数字运算操作的 电子系统，专为在工业环境下应用而设计。用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控 制、定时、计算和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制 各种类型的机械或生产过程。PLC 主要由 CPU 模块、输入模块、输出模块和编程器组 成。PLC 的工作原理是用触点和线圈实现逻辑运算。 FANUC 数控系统将 PLC 记为 PMC,称作可编程机床控制器，即专门用于控制机 床的 PLC。目前 FANUC 系统中的 PLC 均为内装型 PMC。 CNC 侧包括 CNC 的硬件和软件；MT 侧包括机床机械部分、机床辅助装置、机床 操纵台、机床强电电路等。PMC 处于 CNC 侧和 MT 侧之间，对 CNC 侧和 MT 侧的输 入、输出信号进行处理。 PMC、CNC 侧和 MT 侧三者之间的信息交换包换如下 4 部分：MT 侧至 PMC；PMC 至 MT 侧；CNC 至 PMC；PMC 至 CNC 侧。 PMC 地址的规定如下。 X：由机床至 PMC 的输入信号（MTPLC） Y：由 PMC 至机床的输出信号（PMCMT） F：由 CNC 至 PLC 的输入信号（CNCPLC） G：由 PMC 至 CNC 的输出信号（PMCCNC） 郑州大学毕业论文 共 28 页 第 15 页 R：内部继电器 D：非易失性存储器 3.2 PMC 的基本指令、功能指令的基本指令、功能指令 PMC 的指令有两种：基本指令和功能指令两种指令。在设计顺序程序时，使用最 多的是基本指令。由于数控机床执行执行顺序逻辑往往较为复杂，仅使用基本指令编 程会十分困难或规模庞大，因此必须借助功能指令以简化程序。PMC 的基本指令、功 能指令见表 31、表 32。 表 31 基本指令表 No.指 令处 理 内 容 1RD读出指定信号状态,在一个梯级开始的触点是常开触点时使 用 2RD.NOT读出指定信号的“非”状态,在一个梯级开始的触点是常闭触 点时使用 3WRT将运算结果写入到指定的地址 4WRT.NOT将运算结果的“非”状态写入到指定的地址 5AND执行触点逻辑“与”操作 6AND.NOT以指定信号的“非”状态进行逻辑“与”操作 7OR执行触点逻辑“或”操作 8OR.NOT以指定信号的“非”状态进行逻辑“或”操作 9RD.STK电路块的起始读信号，指定信号的触点是常开触点使用 10RD.NOT.S TK 电路块的起始读信号，指定信号的触点是常闭触点使用 11AND.STK电路块的逻辑“与”操作 12OR.STK电路块的逻辑“或”操作 表 3-2 功能指令表 3.3 PMC 程序梯形程序梯形图图 梯形图（LAD）是在继电器控制系统基础上发展出来的一种图形语言，在形式上 序号指令助记符指令代码处理内容 1END1SUB1第一级程序结束 2END2SUB2第二级程序结束 3TMRBSUB24固定定时器处理 4DECBSUB25二进制译码 郑州大学毕业论文 共 28 页 第 16 页 类似于继电器控制电路。FANUC PMC 的梯形图见图 3-1。 郑州大学毕业论文 共 28 页 第 17 页 图 3-1 PMC 梯形图 梯形图编程语言的特点：梯形图按自上而下、从左到右的顺序排列，两侧的垂直 公共线称为母线；梯形图中的继电器室 PMC 内部的编程元件；在梯形图中有一个假想 的电流，称为能流，从左到右；PMC 按编号来区别编程元件。 PMC 梯形图见图 3-2。 PLC 程序信号地址表见表 3-3。 郑州大学毕业论文 共 28 页 第 18 页 图 3-2 PMC 梯形图 郑州大学毕业论文 共 28 页 第 19 页 表 3-3 PLC 程序信号地址表 序号名称信号地址序号名称信号地址 1急停X1000.411复位F1.1: 4手动方式X1003.014手动方式R0.1: 5电机通X1000.715主轴正转R10.3: 6电机断X1001.016主轴反转R10.4: 7电机通Y1000.0:17主轴停R10.5; 8主轴正转Y1000.2:18急停G8.4 9主轴反转Y1000.3:19主轴停G29.6 PLC 程序功能的说明 按下急停按钮，发出急停信号 X1000.4，线圈 G80.4 通电，第一层结束。 机床准备好时，线圈 R0.0 通电；常开触点 R0.0 接通，线圈 Y1001.6 通电，正常灯 亮。按下手动按钮，常开触点 X1003.0 接通，机床手动方式打开。机床准备好，常开触 点 R0.0 接通，按下电机接通按钮，发出电机接通信号 X1000.7，线圈 X1000.0 通电， 电机接通。 机床准备好，且无任何报警信号产生时，电机接通，按下主轴正(反)转按 钮，线圈 X1000.2 通电，主轴正(反) 转并自锁。 译码指令 DECT 对电机通主轴正、反转信号进行译码。主轴正反转，输出信号 R10.3（R10.4），线圈 Y1000.7 通电，线圈 G5.0 通电，主轴正反转结束,第二层结束。 郑州大学毕业论文 共 28 页 第 20 页 总总 结结 时光如梭！我已经实习完了 4 个多月的时间，这期间体验着劳动的光荣与艰辛， 在这里我学到了我离开校园的第一笔知识，这些都是从书本上学不到的知识，同时我 也体验到如今科技发展的迅速，对于数控设备应用与维修专业的人来说，竞争也是非 常激烈的。形势在变化，我还有很多知识没学习，如果停滞不前，势必会被这个社会 淘汰；在此次实习中，我还意识到了，在大学所学的理论知识的重要性，理论用来指导 实践，如果我们理论掌握好的话，在实践中我们一定能融