基于三菱数控系统立式加工中心PLC控制程序设计

1、题目： 基于三菱数控系统立式加工 中心plc控制程序设计 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文）3 摘 要在当今机械制造业的发展过程中，数控技术是其核心技术之一。数控加工中心已经成为现代化控制中不可缺少的加工设备，为了满足加工精度的需要无论是对机械结构还是控制系统都提出了相当高的要求，cnc数控系统以其高可靠性和精确受到广大用户的青睐。本文针对三菱m64s数控系统用于加工中心做相应的介绍，包括加工中心的结构、数控系统的规格、接线方式等，本文最重要的是对m64s数控系统的软件plc控制程序的编写。本文根据设计的要求,主要包括如下几个方面：硬件系统的连接、加工中心电气控制电路设计、plc控制程

2、序的编写与调试等。第一章介绍了数控技术的概念、构成、分类和发展趋势，并简要介绍了三菱数控系统。第二章具体介绍了数控系统硬件的安装，包括各个设备之间的连接、基本i/o单元之间的连接。第三章介绍了数控加工中心电气控制电路的设计，包括主电路的设计、控制电路的设计和伺服电路的设计。第四章介绍plc控制程序的编写步骤及关键部分的解释，第五章介绍编程软件和计算机与数控系统进行通信，将程序传入m64s数控系统，进行简单的调试。第六章总结了本次毕业设计的过程和心得。关键词：m64s数控系统；加工中心； plc控制程序abstractin today's machinery manufacturing

3、developing process, the cnc technology is one of the core technologies. cnc machining center has become a modern control indispensable processing equipment, to meet the needs of machining accuracy regardless of the structure or mechanical control system is a very high demand cnc systems with high re

4、liability and precision by a wide range of users of all ages. based on mitsubishi m64s nc system for the processing center, i introduced processing center structure, nc system specifications, and wiring etc. the most important content is about the plc control programming for mitsubishi m64s nc syste

5、m.according to the design requirements, this paper includes the following parts: hardware systems, the machining center electrical control circuit design, plc control procedures for the preparation and debugging. the first chapter is about the nc concept, structure, classification and the developmen

6、t trend and mitsubishi briefed the nc system. chapter two is about the nc system hardware installation, including all the equipment connected basic i / o modules betien connections. the third chapter describes the cnc machining center electrical control circuit design, including the design of the ma

7、in circuit, control circuit design and servo circuit design. chapter four presents the plc control procedures for the preparation steps and key part of the explanation. chapter five is about the software and computer programming and nc systems, and procedures into m64s nc system simple debugging. in

8、 chapter six i summarized the design process and experience of the graduated project. keywords: m64s nc; machining center; plc control procedures 目 录 第一章 绪论1 1.1 概述1 1.1.1 cnc数控基本概念1 1.1.2 数控加工中心的组成11.1.3 数控系统的分类31.1.4 数控加工中心的优缺点61.1.5 数控技术发展回顾及未来发展趋势61.2数控系统介绍7 1.2.1 三菱数控产品简介7 1.2.2 三菱m64s数控系统简介7第二

9、章 三菱m64s数控系统硬件组成112.1三菱m64s 数控系统nc单元112.1.1 控制及显示单元112.1.2开关电源及急停按钮配线132.2三菱m64s数控系统基本i/o单元14第三章 数控加工中心电气原理图设计213.1 数控加工中心设计概述213.2 数控加工中心主回路/电气控制回路233.2.1 主回路/电器控制回路简述233.2.2 主回路/电器控制回路图233.3 数控加工中心伺服电路设计283.4 数控加工中心电气接口图29第四章 数控加工中心plc控制程序设计304.1 三菱数控系统软将配置304.1.1 信号流程简述304.1.2 信号流程图304.2 数控加工中心输入

10、输出信号地址314.3 数控加工中心plc控制程序设计步骤374.4 数控加工中心plc控制程序说明374.4.1 加工中心方式选择374.4.2 加工中心定时器程序404.4.3 进给轴工作状态选择414.4.4 加工中心进给轴运动方向指示灯程序424.4.5 加工中心手轮选择及其倍率的设定434.4.6 加工中心主轴倍率选定程序454.4.7 m功能指令的实现474.5 数控加工中心plc控制程序48第五章 m64s数控系统联机调试495.1 gx developer软件使用说明495.1.1 gx developer软件的安装495.1.2 gx developer软件的开启步骤及设定4

11、95.1.3 gx developer软件的编程操作说明505.2 pc机与cnc之间的连接525.3联机通讯525.3.1 nc相关参数设定525.3.2 plc控制程序的传输53第六章 结论54 6.1 论文总结546.2 感想55致谢56参考文献57附录a：英文资料58附录b：英文资料翻译63附录c：电气接口图68附录d：plc梯形图72附件： 毕业论文光盘资料74 第一章 绪 论数控系统是现代机械制造系统的重要支柱之一，数控机床是现代制造技术不可缺少的设备，它的核心是数控系统。本章针对数控技术、数控机床、数控系统的概念及发展情况做简要的介绍。1.1 概述1.1.1 cnc数控基本概念1

12、、数控技术数控技术是利用数字化的信息对机床运动及加工过程进行控制的一种方法。2、数控系统数控是数字控制（numerical control nc）的简称。从广义上讲，是指利用数字化信息实行控制，也是利用数字控制技术实现的自动控制系统，其被控对象可以是各种生产过程。从狭义上理解，就是利用数字化信息对机床轨迹和状态实行控制，例如数控车床、数控铣床、数控线切割机床、数控加工中心等。随着自动控制理论、电子技术、计算机技术、精密测量技术和机械制造技术的发展，数控技术正向着高速度、高精度、智能化、开放型以及高可靠性等方向迅速发展。3、数控机床数控系统与被控机床本体的结合体称为数控机床。国际信息处理联盟（i

13、nternational federation of information processing）第五技术委员会对数控机床作出如下定义：数控机床是一个装有程序控制系统的机床，该系统能够逻辑的处理具有使用代码，或其他符号编码指令规定的程序。也就是说，数控机床是一种采用计算机，利用数字信息进行控制的高效、能够进行自动化加工的机床，它能够按照机床规定的数字化代码，把各种机械位移量、工艺参数、辅助功能表示出来，经过数控系统的逻辑处理和运算，发出各种控制指令，实现要求的机械动作，自动完成零件加工任务。所以，数控机床是一种灵活性很强、技术密集型及自动化程度很高的机电一体化加工设备。1.1.2 数控系统的

14、组成数控系统一般由输入/输出装置、数控装置、伺服系统（驱动控制装置）、机床电器逻辑控制装置所组成，机床本体为被控对象，它的结构框图如图1.1所示：1、输入装置输入输出装 置数 控 装 置（cnc）机床电器控制装置伺服系统机床本体图1.1 数控系统结构框图输入装置将数控加工程序等各种信息输入数控装置，输入的内容及数控系统的工作状况可以通过输出装置装置进行观察。现在数控系统主流的输入/输出装置有磁盘驱动器、通讯网络接口、lcd及各种显示器件等。2、数控装置数控装置是数控系统的核心。它的主要功能是：正确识别和解释数控加工程序，对解释结果进行各种数据计算和逻辑判断处理，完成各种输入、输出任务。其形式可

15、以是由数字逻辑电路构成的专用硬件数控装置或计算机数控装置。前者称为硬件数控装置，或nc装置，其数控功能有硬件逻辑电路实现；后者称为cnc装置，其数控功能有硬件和软件共同实现。数控装置将数控加工程序安两类控制信息分别输出：一类是连续控制量，送往驱动控制装置；另一类是离散的开关控制量，送往机床电器逻辑控制装置。3、伺服系统伺服系统(驱动控制单元)位于数控装置和机床本体之间，包括进给轴伺服驱动装置和主轴伺服驱动装置。进给轴伺服驱动装置由位置控制单元、速度控制单元、电动机和测量反馈单元等部分组成，它按照数控装置发出的位置命令和速度控制命令正确驱动机床受控部件的移动。主轴驱动装置主要由速度控制单元组成。

16、4、机床电器控制装置机床电器控制装置位于数控装置和机床之间，接受数控装置发出的开关命令，主要完成机床主轴选速、起停和方向控制信号，换刀功能，工件装夹功能冷却、液压、气动、润滑系统控制功能以及机床其他辅助功能。其形式可以是继电器控制线路或可编程逻辑控制器(plc)。根据不同的加工方式，机床本体可以是车床、铣床、钻床、磨床、镗床、加工中心及电加工机床等。与传统的普通机床相比，数控机床本体的外部造型、整体布局、传动系统、刀具系统及操作机构等方面都应该符合数控的要求。数控机床还配有各种辅助装置，其作用是配合机床完成对工件的加工。如切削液或油液系统中的冷却或过滤装置，油液分离装置，吸尘吸雾装置、润滑装置

17、及辅助主机实现传动和控制的气动、液动装置等。除上述通用辅助设备外，从目前数控机床技术现状看，至少还有五类辅助装置是数控机床应该配备的：对刀仪、自动编程机、自动排屑机、物料储运及上下料装置和交流稳压电源。现代数控系统采用可编程逻辑控制器（plc）取代了传统的机床电器逻辑控制装置，即继电器控制线路。用plc控制程序实现数控机床的各种继电器控制逻辑。plc可位于数控装置之外，称为独立型plc；也可以与数控装置合为一体，称为内装型plc。1.1.3 数控系统的分类1、 按数控机床运动轨迹分类（1）点位数控系统这类数控系统控制机床运动部件从一点准确移动到另一点，在移动过程中不进行加工，因此对两点间的移动

18、速度和运动轨迹没有严格要求，可以先沿着一个坐标轴移动完毕，在沿着另一个坐标轴移动，也可以多个坐标轴同时移动。但是为了提高加工效率，一般要求运动时间最短；为了保证定位精度，常常要求运动部件的移动速度是“先快后慢”，即先以快速移动接近目标点，再以低速趋近并准确定位。（2）直线数控系统这类数控系统不仅要控制机床运动部件从一点准确地移动到另一点，还要控制两相关点之间的移动速度和轨迹。其轨迹一般为与某坐标轴平行的直线，也可以为与坐标轴成45°夹角的斜线。但不能为任意斜率的直线。由于这类数控系统可以一边移动一边切削加工，因此其辅助功能也比点位数控系统多一些。（3）轮廓数控系统这类数控系统能够同时

19、对两个或两个以上运动坐标的位移及速度进行连续相关的控制，使其合成的平面或空间的运动轨迹符合被加工工件图样的要求。这类数控系统的辅助功能比前两类都多。2、 按数控机床伺服系统分类（1）开环数控系统这类数控系统不带检测装置，也没有反馈电路，一般以步进电机或电液脉冲马达作为执行元件。数控装置输出的指令脉冲经驱动电路功率放大后，转换为控制步进电动机各定子绕组依次通电/断电的电流脉冲信号，驱动步进电动机旋转，再经过机床传动机构带动工作台移动。这种方式只有前向通道，没有反馈通道，控制简单，调试维修方便，价格低廉，但精度和速度受到限制，如图1.2所示：图1.2 开环数控系统原理图（2）全闭环数控系统这类数控

20、系统带有位置检测反馈装置，把直流或者交流电动机作为执行元件。位置检测装置安装在机床工作台上，用以检测机床工作台的实际运行位置（直线运动），并将其与数控装置计算出的指令位置（或位移）相比较，用差值进行控制，驱动工作台朝着减小误差的方向运动。根据自动控制原理可知，凡是被反馈通道所包围的前向通道中所有误差都能被反馈所补偿，因此，这类数控系统可以获得很高的精度和速度。但是由于它将丝杠、螺母副、导轨以及机床工作台这些大惯量环节或齿隙非线性环节都包含在闭环内，给设计和调试造成困难，系统稳定性得不到保证。全闭环数控系统一般应用于高精度和超高精度数控机床中，如图1.3所示：图1.3 全闭环数控系统原理图（3）

21、半闭环数控系统这类数控系统也带有检测反馈装置，但检测元件被安装在电动机轴或丝杠轴端处，通过角位移的测量间接计算出机床工作台的实际运动位置（直线位移），并将其与数控装置计算出的指令位置（或位移）相比较，用差值进行控制。由于闭环的环路内不包含丝杠、螺母副、导轨及机床工作台这些大惯量环节，这些环节造成的误差不能被反馈信号所补偿，因而其综合精度不如全闭环数控系统。但半闭环数控系统环路短，刚性好，调试方便，容易获得比较稳定的控制特性，因此这种半闭环数控系统被实际生产所广泛使用，如图1.4所示：图1.4 半闭环数控系统原理图3、 按数控机床功能水平分类（1）经济型数控系统经济型数控系统又称简易数控系统。这

22、类数控系统通常仅能满足一般精度的加工，能加工形状比较简单的直线、斜线、圆弧及带螺纹类的零件，采用的计算机系统为单板机或单片机系统，具有数码显示、crt或lcd字符显示功能，机床进给由步进电机实行开环驱动，控制的轴数和联动轴数在3轴或3轴以下，进给分辨率一般为10um，快速进给不超过 10m/min。这类机床一般结构比较简单，精度中等，价格也比较低廉。（2）普及型数控系统普及型数控系统又称全功能数控系统。这类数控系统功能比较多，但不追求过多，以实用为准，除了具有一般数控系统的功能以外，还具有一定的图形显示功能及面向用户的宏程序功能等，采用的计算机系统为16位或32位微处理器，具有rs-232通信

23、接口，机床的进给多用交流或直流伺服驱动，一般系统能实现4轴或4轴以下联动控制，进给分辨率一般为1um，快速进给速度最大为1020m/min，其开关量输入输出控制一般由可编程控制器来完成，从而大大增强了系统的可靠性和控制的灵活性。（3）高档型数控系统高档型数控系统一般是指加工复杂形状的多轴联动数控机床，并且其工序集中、自动化程度高、功能强，具有高度柔性。采用的计算机系统为32位以上控制器，机床的进给大多采用交流伺服驱动，除了一般数控系统的功能外，应该至少能实现5轴或5轴以上的联动控制，最小进给分辨率为0.1um，最大快速移动速度可以达到100m/min或更高，具有三维动画图形功能和宜人的图形用户

24、界面，同时具有丰富的刀具管理功能、宽调速主轴系统、多功能智能化监控系统和面向用户的宏程序功能，还有很强的职能诊断和智能工艺数据库，能实现加工条件的自动设定，并能实现计算机的联网和通信。1.1.4 数控加工中心的优缺点数控技术的发展已经有50多年的历史了，经过多次修正，如今它已经很成熟了。在这50年里，它没有被社会发展所陶汰，证明着它有许多优点，而且它的优点是无可取代的。它的优点有高精度、定位准确性、对操作者的技术要求低、能增加生产力、减少人为错误、能适应中、小批量结构复杂、精度高的加工、对工时估算容易、生产精度掌握容易。1.1.5 数控技术发展回顾及未来发展趋势1、数控（nc）阶段（1952-

25、1970年）早期的计算机运算速度低，这对当时的科学计算和数据处理影响不大，但不能适应机床实时控制的要求。于是，人们不得不采用数字逻辑控制电路，组成机床专用计算机。这种数控装置称为硬件连接数控装置(hard-wired nc)，简称为数控(nc)。随着电子元器件的发展，这个阶段又经历了三代：1952年的第一代 电子管计算机组成的数控装置；1959年的第二代 晶体管计算机组成的数控装置；1965年的第三代 小规模的集成电路计算机组成的数控装置。2、计算机数控（cnc）阶段（1970年-至今）1970 年研制成功了大规模集成电路，并将其用于通用小型计算机。此时的小型计算机，其运算速度比以往的计算机有

26、了大幅度的提高，比专用计算机成本低、可靠性提高。于是，小型计算机作为数控系统的核心部件，数控机床进入了计算机数控（cnc）阶段。1971年，美国intel公司在世界上的第一次将计算机的两个最核心的部件-运算器和控制器，采用大规模的集成电路控制技术，将其集成在一块芯片上，称为微处理器（microprocessor），又称中央处理单元cpu。1974年，微处理器应用于数控系统。虽然早期的微处理器速度和功能对数控装置来说有局限性，但可以通过多处理器结构来解决相应的问题。由于微处理器是通过计算机的核心部件，故此时的数控系统仍然成为计算机数控。到了1990年，pc机的性能已发展到很高的水平，可满足数控系

27、统核心部件的要求，而且pc机的生产批量很大，软件资源丰富，价格便宜，可靠性高，数控系统从此进入基于pc的阶段。3、未来的发展当今的计算机业的高速发展，并且计算机业已经基本成熟，所以数控系统还是以pc为基础，开发以pc为基础的控制器，这种控制器可以将数控系统与pc直接连接，这样可以直接实现数据的传输，大大提高了控制器的能力，还将降低控制器的成本。控制器还将采用开放式的系统构架，这样数控机床也可以像今日的计算机业一样，用户可以根据需要自行对数控机床的软、硬件进行配置，这样数控机床的功能提升了，价格降低了。同时数控机床还向小型化发展。总之，计算机数控阶段也经历了三代。即1970年的第四代小型计算机数

28、控系统；1974年的第五代微处理器组成的数控系统；1990年的第六代基于pc的数控系统 。数控系统半个世纪经历了两个阶段六代大发展，只是发展到了第五代以后，才从根本上解决了数控系统可靠性低、价格昂贵、应用很不方便等极为关键的问题。因此，即使在工业发达国家，数控机床大规模地得到应用和普及也是在20世纪的70年代末、80年代初的事情，也就是说，数控技术的发展和普及经过了近30年。1.2 数控系统介绍1.2.1 三菱数控产品简介 三菱公司是国际上有影响力的著名企业，其生产的产品以性能好、质量稳定可靠获得广大用户的一致好评，近几年来，三菱电机公司加大了在中国大陆推广cnc数控系统的力度。数控机床的核心

29、是控制器，三菱公司推出了高质量、高性价比的cnc系统，它提供了丰富而先进的功能。目前在中国市场推广使用的有普及型的e60系列，高性能的m60s系列数控系统，以及用于汽车生产线的高档c64 cnc数控系统，今年又推出了e68、m700等系列cnc数控系统。1.2.2 三菱m64s数控系统简介1、数控加工中心结构数控加工中心的结构框图如图1.5所示：数控装置（cnc）机 床 控 制 电 器主轴伺服器x轴进给驱动z轴进给驱动刀臂电机控制主轴冷却电机 y轴进给驱动刀架电机控制排屑电机切削液电机控制图1.5 数控加工中心电气组成结构框图由图1.5结构框图可知，加工中心电气组成分别由cnc数控系统，进给伺

30、服轴，主轴及其他轴电力电器、电机等组成。2、三菱m64s数控系统规格三菱m64s数控系统主要规格参数见下表1.1：表1.1 三菱m64s数控系统主要规格车削系统钻削系统、铣削系统型号m64slm64sm最大控制轴数147最大nc轴数126最大主轴数4最大plc轴数2同时联动轴数4辅助轴数4plc开发工具gx developer程序存储容量（标准/最大）40/5120显示单元单色crt （9寸）单色lcd（7.2寸 10.4寸）彩色lcd（10.4寸）melsec网络cc-link3.三菱m64s数控系统结构三菱m64s数控系统具有一般通用数控系统的结构,分别由控制单元/显示单元、基本i/o单元

31、、伺服驱动单元、伺服电机、远程i/o单元、rs-232等设备组成，如图所示：图1.6(a) 三菱m64s数控系统结构三菱m64s数控数控系统的功能强大故当其用于加工中心时的各功能组件也很多，有些组件在本次设计中并未遇到，所以在此次设计中可将系统结构稍作简化，如图1.6（b）所示，每一个单元的安装与连接在下面章节均有介绍。1.6（b） 三菱m64s数控系统结构4、三菱m64s数控系统的特点（1）所有m64s系列控制器都标准配备了risc 64 位cpu，具备目前世界上最高水准的硬件性能。（2）高速高精度即能对应，尤为适合模具加工。（3）sss（super smooth surface）超高平滑表

32、面控制，大幅改善模具加工精度及时间要求。（4）标准内藏对应全世界主要通用的12种多国语言操作界面。（5）可对应内含以太网络和ic卡界面，即使在程序运转中，所有内藏资料都可以传输对立。（6）坐标显示转换可自由切换（程序值显示或手动插入量显示切换）（7）标准内藏波形显示功能，工件位置坐标及中心点测量功能。（8）缓冲区修正机能扩展，可对应hps/计算机链接b/dnc/记忆/mdi等模式。（9）图形显示机能改进；可含有刀具路径资料，以充分显示工件坐标及刀具补偿的实际位置。（10）简易式对话程序软件。（11）可对应windows操作环境的plc开发软件gx developer。（12）特殊g代码和固定循

33、环程序，如g12/13，g34/35/36，g37.1等。（13）新机能扩展追加，根据市场，满足客户请求，详细给营业单位。第二章 三菱m64s数控系统硬件组成在本次毕业设计中所用的三菱m64s数控系统的配置是标准配置，包括插口与配线，这为我毕业设计的研究提供了方便。在本章中重点介绍了控制单元、基本i/o单元、伺服单元的安装与连接。2.1 三菱m64s数控系统nc单元2.1.1 控制及显示单元1、控制单元控制单元是数控系统的核心，负责与显示单元、键盘单元、基本i/o单元、手动脉冲发生器、rs-232仪器等设备的信息进行交换和处理。（1）控制单元外型及接口电气设备的接地是十分重要的，m64s数控系

34、统也是不例外的，并且它的接地不同于其他，m64s 的hr171 通讯卡的fg 必需单独接地，不能与m64s 控制器进行串联接地，如图2.1（a）所示： 图2.1（a） 控制器外型图我们对m64s控制器与各种设备间的连接作详细的说明。控制器图见图2.1（b）所示：图2.1（b） 控制器外型图注：hr171卡fg端子 ncno：通常设为0sw2：通常为onaux2接头：通常不使用aux1接头：接显示器dc1n 直流24v电源接口emg 急停信号输入接口aux1 显示屏幕连接接口，与显示屏幕的cr02连接（2）控制单元开关设定nc sys设定见表2.1表2.1 nc sys设定设定操作模式内容0正常

35、系统执行系统动作时1plc停止plc程式的停止7sram全消除b系统版本更新2、显示单元显示单元可以是crt显示也可以是lcd显示，该系统采用的显示单元是10.4”color lcd显示器fcu6-dun33+kb20/kb30，与crt显示相比较，画面更清晰，色彩更新，可视性更突出。并且不需要额外提供电源。显示单元的电路如图2.2所示：图2.2 显示单元的连接2.1.2 开关电源及急停按钮配线1、开关电源电源模块主要是将三相交流电转换成直流电，为主轴模块和伺服模块提供直流电流。现在我们的电源单元通常使用通用稳压电源，电源的规格要求是输出电压dc 24v±5%，波纹200mv max

36、，输出电源3a。电源单元连接图见图2.3图2.3 电源单元连接图2、急停按钮配线急停铵钮的配线如图2.4所示：行程接触开关急停按钮图2.4 急停按钮内部接线图2.2 三菱m64s数控系统基本i/o单元1、i/o单元种类三菱cnc信号的传送，通过i/o接口进行，i/o种类有：基本i/o 、 di/do、伺服驱动单元、同期进给编码器、跳跃信号、远程i/o单元。每一台控制单元须有1台基本i/o单元相配套，远程io的使用视实际情况的需要进行取舍，连接基本i/o单元或控制单元除di/do功能，也可以进行模拟输入和模拟输出。2、基本i/o单元结构及各部分名称基本io单元板的结构如图2.5所示：图2.5 基

37、本io输入/输出结构示意图图2.5各部分的功能说明如下：di连接头（x0xf）di连接头（x20x3f）do连接图（y0yf）do连接图（y20y3f）感应器连接头同步进给编码器接头i/o界面接头旋转开关2：通常设为1旋转开头1：通常设为0伺服放大器第1bus-link接头伺服放大器第2bus-link接头dc +24v电源输入端遥控i/o单元第1接头遥控i/o单元第2接头rs-232c手轮脉冲发生器3、控制面板与基本i/o单元的连接基本i/o单元fcu6-dx451是三菱数控系统的最基本的配置之一输入插口为cf31、cf32，两个插口共有64点，输出插口cf33、cf34，cf33有32点，

38、cf34有16点，共48点，根据系统的规定在机床侧接dc24v电源。 机械控制信号与基本i/o单元控制信号连接如图2.6所示：图2.6 控制信号连接4、控制器与基本i/o单元的连接控制器与基本io输入输出关系连接图如图2.7所示：图2.7 控制器与基本io输入输出单元连接图5、基本i/o单元伺服驱动单元的连接基本i/o单元具有两个伺服驱动的接口sv1（1系统）、sv2（2系统），在本次毕业设计中仅使用了sv1接口，伺服驱动单元串联连接于该插头。连接示意图如图2.8所示：基本i/o单元 sv1cn1bcn1auvwcn2cn1bcn1auvwcn2cn1bcn1auvwcn2cn1bcn1auv

39、wcn2z轴伺服电机y轴伺服电机x轴伺服电机主轴伺服电机终端电阻进给轴伺服驱动进给轴伺服驱动进给轴伺服驱动主轴伺服驱动图2.8 i/o单元伺服驱动单元的连接6、基本i/o单元与手轮的连接在三菱m64s数控系统中，将手动脉冲发生器连接到控制单元的handle插口，本单元可以最多连接两个手动脉冲发生器，我们使用的手动脉冲发生器是hd-60，手轮每一格的移动量由手轮/增量倍率开关决定。手轮脉冲发生器可以选择一个脉冲的进给量，进给量为0.001毫米（*1），0.01毫米（*10），0.1毫米（*100）等基本进给单位。通信端口是与基本i/o单元上的电板（hr211）连接rs232，示意图如图2.9所示

40、：图2.9 手轮、rs232与i/o单元的连接示意图7、系统模块led状态显示m64s控制器的部分指示灯为下图2.10所示：图2.10 m64s系统led状态显示图（1）控制单元的led状态显示控制单元的led显示位于m64s控制单元的上方位置，其含义如表2.2所示：表2.2 m64s控制单元led显示含义名称含义dc in24vdc电源输入dc out内部电源输出ps emg急停状态bat alm电池电量低wd er看门狗报警nc led系统状态显示（2）电源模块led状态显示当电源未通电时，电源led模块显示为电源接通时，正在进行初始化的情况正在等待nc电源上电或电源模块处于急停状态的情况

41、nc上电，准备完了后的情况电源模块在政党工作状态下的情况当电源模块出现异常时的显示情况 （3）伺服模块led状态显示未通电的情况 正在等待nc上电的情况与nc单元进行通信，初使化数据的情况当模块处于运转准备off、伺服off状态的显示当模块处于运转准备on、伺服off状态的显示当模块处于正常运转状态时的显示当模块报警时的显示当模块出现问题，处于报警状态时的显示当系统处于急停状时的显示状态电源从on变为off时显示第三章 数控加工中心电气原理图设计 在加工中心的设计中掌握电气原理图的设计是必须的，本章着重介绍了加工中心机械部分包括电机等电气设备连接图的设计。3.1 数控加工中心设计概述数控加工中

42、心拥有较为复杂的机械结构，它需要多个电机来完成其相应的功能，比如：刀臂电机、刀库电机、切削液电机、主轴冷却液电机、排屑电机以及主轴和进给轴的伺服电机等。这些电机的功率大小和速度都是根据数控加工中心的机械结构来选择的。在本次毕业设计中是基于数控加工中心510来进行的，所以进给轴驱动使用mds-b-spj2-37，进给轴电机x、y轴使用型号为hc152t-a47的伺服电机，z轴使用型号为hc152bt-a47与其他两进给轴之间的区别在于有包闸功能,主轴驱动单元型号为mds-b-spj2-37，主轴电机型号sj-pf3.7-01。数控加工中心的核心部分是控制单元，本毕业设计中选用三菱m64s数控系统

43、，它包括控制单元fca65s、监控单元fcu6-dun33+kb20/kb30、基本i/o单元fcu6-dx451、手轮hd-60，它们之间的连接见第二章。通过他们之间的共同作用可以控制加工中心各个运动部件和加工部件。加工中心的电气控制设计如图3.1所示，共有以下几个部分组成，包括cnc电路，电器主电路，plc和 io接口电路等，三菱m64s控制单元，它是整个数控系统的核心，是对数据进行操作和运算，并输出相关命令等。显示单元主要是显示有关信息，以便人机交互。基本io单元主要是nc系统与操作面板机床纤维开关，指示灯等之间信号的传输。其内部软件设计主要是plc程序和各个nc参数的设定。加工中心电气

44、总框图如下：图3.1 加工中心电气总框图3.2 数控加工中心主回路/电气控制回路3.2.1 主回路/电气控制回路简述作为通用数控加工中心，在主回路部分我设计了冷却电机和排屑电机，分别由相应的接触器控制其运转，同时电机要接地。电气控制回路部分控制电压220v由电源直接供电。该部分我设计了伺服电源控制电路、24v电源控制电路、冷却控制电路、排屑控制电路、刀库、刀臂电路及照明电路。其中伺服电源控制回路与nc电源是分开控制。照明24v电源通过变压器提供。3.2.2 主回路/电气控制回路图1、主电路如图3.2为数控加工中心主回路，图中的几个电机为三相交流异步电机额定电压是380v，是依照数控加工中心51

45、0的机械结构选择的，在伺服部分，由于在本次毕业设计中选用的驱动以及进给电机和主轴电机是日本三菱公司成产的，所以其额定电压为三相220v交流，估需要加变压器来获得相应的电压，变压器的功率最小值为伺服强电部分中各电器功率之和的1.2倍。如图3.2 所示：图3.2 主电路2、电气控制单元回路及交流控制回路如图3.3所示，是电气控制电路，也就是说在加工中心要完成的各项中动作都是plc的输出与这个电路相联系才能实现的，图中的plc输出地址单元为y28、y12、ya、yb、y2d、yf、y2a、y2c、y27等，这些是在plc程序中规定的相应的地址，通过控制面板上的输入触点的信号输入来控制对应的输出。例如

46、：刀库正转信号y2d，当其有信号输出时，其下面所连接的继电器线圈ka4通电且二极管作为指示灯发光，图3.3中继电器的常开触点闭合，接触器线圈km4通电，所以主电路（图3.2）中接触器km4主触点接通倒库电机正转。其他原理相同。在数控加工中心中的三个进给轴由于机械结构的限制，一定要有相应的限位开关，每个轴在正负方向上都是需要的，所以在这里我有限位开关sqx-1、sqx-2、sqy-1、sqy-2、sqz-1、sqz-2来表示，当加工中心运行范围超过这几个限位开关时，其常闭开关打开，继电器ka9线圈停止通电，其常开触点闭合，相应的伺服强电部分停止运作，在将加工中心做相应的调整之后要解除超程，按钮s

47、b2可完成这一功能。图3.3 电气控制单元回路图3.4 交流控制回路3.3 数控加工中心伺服电路设计 在伺服电路中输入电压三相380v交流电压，通过变压器获得伺服驱动和伺服电机所需的三相220v，km为伺服强电部分的交流接触器主触点，在驱动器中l1、l2、l3 为主回路电源，用于电路电源输入，l11、l12控制电路电源连接单项电源l11应与l1同相、l12与 l2同相，p、c、d接回生选件，在本次实际中使用的是标准内置回生电阻，估只需将p-d间短接即可。u、v、w伺服电机输出，连接到伺服电机电源端（u、v、w）。图中连接nc单元的sh21是与基本io单元中的sv1连接的通过这个线来完成nc指令

48、到伺服驱动的传输，如图3.5所示：图3.5 伺服电路3.4 数控加工中心电气接口图 见附件c第四章 数控加工中心plc控制程序设计本章重点研究数控加工中心软件编程、数控系统输入/输出信号，并对系统的软件资源配置作简单介绍。数控加工中心能够完成加工所需要的各项功能除了需要机床本体硬件外，还需要软件程序的支持，软件程序就是机床各部件运动指令，经过研究分析，我设计了数控加工中心plc控制程序。4.1 三菱数控系统软件配置4.1.1 信号流程简述为了更全面的了解三菱数控系统如何的运作，我们需要对其内部的信号流程有整体的认识。从信号流程图可以看出，一台数控加工中心内部信号的交换大体可以划分三部分，即控制

49、器、机器/机器操作面板、可编程逻辑控制器(plc)。其中控制器与 plc之间信号使数控系统内部规定的，不提供开发，控制器向plc输入x信号(x180之后的信号) ， 用于系统向plc输入执行命令，plc向控制器输出y信号(y180之后的信号)，要具体得应用通过查阅plc借口手册;机器/机器操作面板与可编程逻辑控制器的信号只有x、y信号，即一些开关量的输入输出信号，这些信号要通过工程人员的开发实现某种功能;控制器与机器/机器操作面板之间不存在直接的信号交换。4.1.2 信号流程图信号流程图是根据数控机床系统信息交换绘制而成，让我们更直观的了解数控机床内部信息流向，如图4.1所示：图4.1 信号流

50、程图4.2 数控加工中心输入输出信号地址三菱m64s数控系统的输入输出的硬件有基本i/o单元、远程i/o单元。 三菱m64s数控系统提供给工程技术人员开发的最大数字输入信号256个，最大数字输出信号240个，包括基本i/o单元和远程i/o单元。要做说明的是plc开关，我们在屏幕上可以设定32点plc开关并执行开/关操作。这些开关可以作为机床操作开关的一部分，其用途可以由plc程序自由定义，每个开关的名称可以随plc确定并显示在屏幕画面上。在设计中我所使用的控制面板如图4.2所示：图4.2 控制面板至于cnc到plc的信号和plc到cnc的信号，由于信号都是固定，工程人员一般是不可以开发的。在三菱数控系统plc查阅便可。我将控制面板上的一些输入信号地址规定如下表。表4.1 hr337 input di1 （操作面板信号）元件信号简称信号名称元件信号简称信号名称x0mode select(a)b20x10f5f5功能a20x1mode select(f)b19x11+xx轴正方向a19x2mode select(b)b18x12保留a18x3rapid tra