CK6150数控车床上的应用

1、西安航空学院毕业设计题目： FAGOR 8025/8030数控系统及其在CK6150数控车床上的应用 院 系：电气学院专 业：电气自动化技术 班 级：电气1550 学生学号：1230301155045 学生姓名：田旺上指导教师：邓利红 完成日期：2015.5.10 5FAGOR 8025/8030数控系统及其在CK6150数控车床上的应用设计摘要本设计是数控机床的PLC控制，用国内广泛使用的德国西门子S7-200系列PLC来控制CK6150数控机床。本设计主要包括CK6150机床的简单介绍、PLC类型选择、输入/输出分配表、梯形图、指令语句等内容。本文分析了数控中的PLC，以CK6150数控车

2、床的PLC控制来分析PLC在工业中的应用。通过CK6150数控车床的PLC控制这个实例，可以清楚地看出独立型PLC与CNC装置之间、PLC与机床侧的开关量之间的I/O连接关系：并通过PLC程序设计，使CNC装置、PLC和数控机床三者紧密结合在一起，形成一个有机整体，从而控制数控机床有条不紊地工作。关键词：可编程控制器（PLC）,控制,数控机床31ABSTRACTThis design is the PLCs conformity of CNC machine tools. Germany's Siemens S7-200 series PLC what is widely used a

3、t home to control the CK6150 CNC machine tools. The design includes a brief introduction of the CK6150 machine, PLC type, input / output allocation table, ladder, instructions, etc. statements. This paper analyzes the PLC of the numerical control and applications of PLC control in industry by the PL

4、Cs conformity of the CK6150 CNC machine tools. You can clearly see that the I / O connections between independent PLC and CNC equipment and that PLC and the machine side of the switch by this example of the PLCs conformity of the CK6150 CNC machine tools. The close connection with the three together

5、 forms an organic whole by the designing of PLC program, and thus conformity of CNC machine tools work in an orderly manner.KEY WORDS:Programmable controller (PLC)，control，engine bed numerical control目 录摘 要IABSTRACTII前言1一.FAGOR 8025/8030 数控简介1 . 1 外形结构21 . 2 I/O连接器配置3二 K6150数控车床PLC控制2 . 1 概述722 CK61

6、50数控车床7221 CK6150型数控车床控制电路工作原理8 23 PLC类型的选择1124 输入/输出分配表1225 PLC的I/O接线图1326 PLC主程序梯形图1527 主要子程序梯形图17271 液压卡盘和液压尾座控制子程序17272 冷却和润滑控制子程序19273 换刀控制子程序21274 主轴控制子程序23275 急停、进给保持控制子程序26结 语29参考文献30谢 辞31前言大学生活即将结束，而毕业设计却是我们大学学习生活的很重要的一部分，是我们在校学习的最后一个环节，是评价我们是否是一个合格大学生的一个很重要标准，因此在做毕业设计时，我都怀着很重视的态度去做的。在刚接到要做

7、毕业设计的任务，我一下子感到无从下手，有点迷茫，由于从没有做过这样的设计，因此我不得不感谢我的指导老师，没有她不辞劳苦的教诲，我是不会这么快的完成毕业设计。经过几天的查找资料，我发现数控加工是机械行业一门新的专业，数控技术是数字程序控制数控机械实现自动工作、柔性化、集成化生产的基础。它广泛用于机械制造和自动化领域，较好地解决多品种、小批量和复杂零件加工以及生产过程自动化问题。随着计算机、自动控制技术的飞速发展，数控技术已广泛地应用于数控机床、机器人以及各类机电一体化设备上。同时，社会经济的飞速发展，对数控装置和数控机械要求在理论和应用方面有迅速的发展和提高。随着改革开放深入发展，全国特别是国有

8、大中型企业及三资企业，在生产中都广泛地应用了数控加工技术和计算机辅助加工技术。由于市场竞争日益激烈，从而导致对专业人才的大量需求。 随着民营经济的飞速发展，我国沿海经济发达地区(如广东，浙江、江苏、山东)，数控人才更是供不应求， 所以我觉得数控行业有着十分广阔的前景，所以就有试着做这方面设计的念头，又因为我们在校时也开了这方面的课程，我对数控的编程又有一定的了解，就选择典型零件的数控铣床铣削编程与操作设计这个课题。 要成为数控编程员就要具备：掌握数控加工工艺知识和数控机床的操作，掌握机械的设计和制造专业知识，熟练掌握三维CAD、CAXA、UG软件，熟练掌握数控手工和自动编程等技术；这样的高的要

9、求就更能考察我们的综合知识掌握的怎么样，所以我愿意接受这个任务，来自我检验一下自己是否合格一个的大学生。经过二个月的精心准备，我的毕业设计终于告以段落，二个月的忙碌对我来说有着丰富的收获，我学会了如何与同学、老师的沟通，学会了与同学配合完成任务，学会了如何利用图书、网络搜集信息等。一FAGOR 8025/8030 数控系统简介FAGOR 8025/8030 数控系统是由西班牙FAGOR公司生产的数控系统产品它有T、TG、TS三个系列，其中T系列为车床系列，TG系列为带有图形功能的车床数控系统，TS为具有刀具自旋转功能的车床数控系统。系统最多可驱动六个坐标轴，也可以接受六个坐标轴的反馈输入，可以

10、实现三轴联动直线插补，两轴直线或圆弧插补。系统分辨率为1um,机床定位精度接近2um。系统中G00的最大进给速度可达到65.535m/min，可控最大主轴转速为9999r/min。刀库容量可达99把刀具。8英寸单色CRT显示器可进行静、动态图形显示。经RS-232和RS485通信接口可以很容易地实现通讯和联网。具有完备的刀具补偿功能，有较强的错误诊断能力，还具有探针输入功能。1.1 外形结构 FAGOR 8025/8030车床数控系统外形结构如图1.10所示，其操作面板、CRT显示器和系统主板采用一体化集成安装结构。该数控系统分为不带PLC型和内装PLC型两种形式，其前面板及外形结构相同，后面

11、板I/O连接器数量不同，不带PLC型只有I/O1、I/O2两个I/O连接器，而内装PLC型有I/O1、I/O2、I/O3三个I/O连接器，如图1.11所示。 图1.10 FAGOR 8025/8030数控系统外形结构1.2 I/O连接器配置 FAGOR 8025/8030数控系统采用交流220V电源供电，靠后备锂电，保存机床参数等信息。该系统有两个I/O连接器，5个编码器输入插座，1个电子手轮输入插座，2个串行通信接口。 图1.11 FAGOR 8025/8030数控系统后面板布局（1） I/O连接器 I/O连接器I/O1、I/O2用来向伺服驱动装置提供模拟电压给定信号，向外部独立型PLC输出

12、辅助功能信号，接收外部PLC送来的同步信号等，配置如图1.12所示。其中M1M15为M功能译码输出；MST01MST80为M、S、T功能BCD编码输出，与3个选通信号M Strobe、S Strobe、 T Strobe配合，实现辅助功能输出控制；Emergency Stop为外部输入到NCN的急停信号，Feed Hold为外部输入到NCN的进给保持信号，这两个信号均为低电平有效。图1.12 FAGOR 8025/8030数控系统I/O连接器（2） 位置反馈编码器输入A1、A2、A3、A4A1A4为4个位置反馈旋转编码器输入15针插座，其中A1用于X轴反馈，A2用于刀具或第4轴反馈，A3用于Z

13、轴反馈，A4用于C轴或第3轴反馈。插针排列如图1.13（a）所示。 （3） 主轴编码器输入A5 A5为主轴编码器输入插座，用于主轴转速反馈和螺纹加工，插针排列方式如图1.13（b）所示。 （4）电子手轮输入A6 A6为电子手轮输入插座，15号插针用于手轮输入，68号插针用于探针输入，插针排列如图1.13（c）所示。图1.13 编码输入信号连接器二 CK6150数控车床PLC控制2.1 概述数控机床的控制就是由数控系统和可编程控制器协调配合共同完成的。6其中可编程控制器主要完成与逻辑运算有关的一些动作，没有实现轨迹运动上的具体要求。可编程控制器通过辅助控制装置完成机床相应的开关动作，如刀具的更换

14、，工件的装夹，冷却液的开关，自动润，滑等一些辅助动作。它还接收机床操作面板的指令，一方面直接 控制机床的动作，另一方面，将一部分信息送往数控系统用于加工过程的控制。在现代数控系统中，多数机床逻辑控制器都由可编程控制器来实现，也就是利用PLC中可靠的开关实现，从而避免相互矛盾和操作者有危险的现象出现。22 CK6150数控车床CK6150普通数控车床主要由床身、主轴变速箱、进给箱、刀架、尾座、丝杆和光杠等部分组成。具有性能优越、操作方便、外形美观、结构先进等优点。主轴变速箱用来支承主轴和传动其旋转，它包含主轴及其轴承、传动机构、启停及换向装置、制动装置、操纵机构及润滑装置。进给箱用来变换被加工螺

15、纹和导程，以及获得所需的各种进给量，它包含变换螺纹导程和进给量的变速机构、变换螺纹种类的移换机构、丝杆和光杠转换机构以及操作机构等部件。溜板箱用来将丝杆或光杠传来的旋转运动变为直线运动并带动刀架进给，控制刀架运动的接通、断开和换向等操作。车床的切削运动包括卡盘或顶尖带动工件的旋转主运动。中小型普通车床的主运动和进给运动一般采用一台异步电动机进行驱动。5根据被加工零件的材料性质、几何形状、工作直径、加工方式及冷切条件的不同，要求车床有不同的切削速度，因此车床主轴需要在相当大的范围内改变速度，普通车床的调速范围在70以上，中小型普通车床多采用齿轮变速箱调速。车床主轴在一般情况下是单方向旋转的，但在

16、车削螺纹时，要求主轴能正反转。主轴旋转方向可通过离合器或电气的方法实现，CK6150车床的主轴单方向旋转速度有24种（101400r/min），反转速度有12种（141580r/min）2.2.1 CK6150型数控车床控制电路工作原理 由于CK6150型数控车床采用不含PLC的FAGOR 8025数控系统，因此需要独立配置可编程控制器来完成辅助功能的控制。其控制电路如图2.2.10、图2.2.11和图2.2.12所示，系统采用了西门子S7-200型可编程控制器和西门子611A伺服驱动，其工作原理如下图所示。图2.2.10 CK6150 型数控车床主电路原理图 图2.2.11 CK6150型数

17、控车床CNC接口和控制电路原理图图2.2.12 CK6150型数控车床PLC控制电路原理图（1） 主电路在图2.2.10所示的主电路中，三相交流电源通过自动空气开关QF1引入，经过自动空气开关QF2-QF6分配给M1-M5交流异步电动机回路。自动空气开关具有短路保护功能，并能够起到一定的过载保护作用。KM1为液压电动机M1的起动和停止控制接触器。KM2、KM3、KM4为主轴电动机M2的高速、低速控制接触器；当KM2吸合KM3、KM4断开时，电动机M2定子绕组三角形接法，4级低速运行；当KM3、KM4吸合KM2断开时，电动机M2定子绕组呈双星型接法，2级高速运行。KM5为冷却泵电动机M3的启动和

18、停止接触器。KM6、KM7为刀架电动机M4的正转和反转接触器。KM8为润滑泵电动机M5的启动和停止接触器。FR1、FR2、FR3分别为M1、M2和M3电动机的过载保护热继电器，由于刀架电动机和润滑电动机的工作时间很短，所以不需要加过载保护。为了提高系统的抗干扰能力，在总电源回路和主轴电动机回路中设置了阻容吸收电路FV1-FV6。(2)CNC接口和控制电路在图2.2.11所示的伺服驱动接口、CNC接口和控制PLC回路中，伺服驱动采用三相交流380V供电，三相电源经过自动空气开关QF7引入；FAGOR 8025数控系统采用单相交流220V电源供电，电源经过自动空气开关QF9引入后，经过变压器T1和

19、自动空气开关QF10向控制回路供电。KM9为伺服驱动器、FAGOR 8025数控系统、S7-20可编程控制器和直流24V开关电源的电源控制接触器。在系统上电后，按下液压启动按钮SB3，接触器KM1吸合并自锁，液压泵电动机得电运转，液压泵开始工作。这时按下NC启动按钮SB5，接触器KM9吸合并自锁，伺服驱动器、FAGOR 8025数控系统、S7-200可编程控制器和直流24V开关电源同时得电，FAGOR 8025数控系统开始自检。FAGOR 8025数控系统自检结束后，在没有外部急停报警的情况下，从I/O1口输出X轴、Z轴伺服使能信号，通过继电器KA1、KA2转接后，分别接通611A伺服驱动器X

20、331、X332的65端、9端伺服驱动器开始工作。当手动方式点动或者自动执行程序进给时，如果来自PLC的进给保持信号无效，则数控系统通过I/O1口输出0±10V模拟给定信号到611A伺服驱动器X311、X322的56端、14端，伺服驱动器开始工作，驱动伺服电动机M6、M7运转。在伺服驱动器上电后，也要进行自检，如果自检正常，则输出一个伺服准备好开关信号给PLC的I2.0。在工作过程中，611A具有电动机过热、过载保护功能，一旦检测到东东及过热，过热保护继电器工作，向PLC的2.1发出伺服热保护信号，产生急停报警。其他像主轴启/停、换挡，换刀等辅助动作，由FAGOR 8025 数控系统

21、通过I/O1、I/O2接口将工作方式、辅助控制命令等信号送到PLC处理控制。有些辅助动作的处理控制结果还要由PLC送回数控系统的I/O1接口，通过进给保持信号同步程序的执行。（3）PLC控制电路在图2.2.12所示的PLC控制电路中，由西门子S7-200 系列CPU 226（24V直流入16继电器出）主单元和EM221（8入）直流24V输入扩展单元、EM222（8处）继电器输出扩展单元组成56点可编程控制器。冷却液开关SA2、尾座操作按钮SB6-SB8、超程解除按钮SB9分别接至PLC的I0.0-I0.4出入端，用于手动操作。液压电动机控制接触器辅助触点KM1、主轴电动机控制接触器辅助触点KM

22、2、KM3分别接至PLC的I0.5-I0.7出入端，用于连锁控制。4个刀位开关T1-T4分别接至PLC的I1.0-I0.3出入端，用于换刀控制。X轴、Z轴的正、负向限位开关SQ1、SQ2、SQ4、SQ5分别接至PLC的I1.4、I1.5出入端，用于超程报警。“伺服准备好”信号和“电动机过热”信号分别接至PLC的I2.0、I2.1输入端，用于急停报警。来自FAGOR 8025数控系统的MST选通信号、工作方式（JOG）信号、NC急停信号和复位信号、辅助功能编码（MST01-MST20）信号分别接至PLC的I2.2-I2.7、I3.0-I3.5输入端，用于辅助功能控制。各输入接点的公共端1M-4M

23、均与24V开关电源的输出负极M相连。可编程控制器的继电器输出Q0.0-Q0.7的公共端COM1与控制电路的6号线相连，当油泵电动机启动后，控制回路的交流110V电源加到COM1端，通过PLC的继电器输出Q0.0-Q0.5分别控制接触器线圈KM2-KM8的通电/断电，从而控制主轴电动机高速/低速、冷却电动机启动/停止、刀架正转/反转、润滑电动机启动/停止。PLC的继电器输出Q1.0-Q1.7的公共端COM2和Q2.0-Q2.7的公共端COM3与24V开关电源的正极输出L+相连。PLC的继电器输出Q1.0-Q1.6分别控制24V直流电磁阀YV1-YV4和电磁铁YA1-YA3的通电/断电，从而控制卡

24、盘的加紧/松开、位座的伸出/退回、主轴高速档/低速档和主轴的刹车制动。PLC的继电器输出Q2.0-Q2.4分别控制24V指示灯HL2-HL6的通电/断电，分别用于急停报警、卡盘夹紧、X轴超程、Z轴超程和尾座顶紧的指示。PLC的继电器输出Q2.6与FAGOR 8025数控系统I/O1口的15端相连，用于将进给保持信号送给数控系统，同步零件程序的执行。23 PLC类型的选择数控机床用PLC可分为两类：一类是专为实现数控机床顺序而设计制造的内装型PLC；另一类是专业的PLC生产厂家的产品，他们规范输入/输出接口、输入/输出点数、程序存储容量，其运算和控制功能均能满足数控机床的控制要求称为独立型PLC

25、。独立型PLC又称通用PLC。独立型PLC独立于CNC装置，具有完备的硬件和软件功能，能够独立完成规定控制任务的装置。2由于CK6150数控机床的辅助控制逻辑较为复杂，单纯用接触器和继电器控制逻辑实现比较困难，因此采用了独立于CNC之外的S7200来完成辅助控制功能。 CPU226模块有24输入/16输出的共同体40个数字量I/O点，程序和数据存储容量达成13KB，并能最多扩展7个外部功能模块，最大扩展至此248路数字量I/O点或是35路模拟量I/O；2个RS-485通信/编程口，具有PPI通信协议、MPI通信协议和自由方式通信能力；其I/O端子排可很容易地整体拆卸，适用于控制要求较高、点数多

26、的小型或中型控制系统。 由于CPU224、CPU222数字量I/O点数比较少，适合于点数少的控制系统或小点数的微型控制系统。它们的存储空间也比较少。CK6150工作台PLC控制逻辑复杂，需要的输入/输出点数比较多，则选用S7-200系列的CPU226。24 输入/输出分配表表2-1 CK6150 PLC控制输入/输出分配表输入输出功能PLC地址功能PLC地址冷却液开关I0.0主轴低速Q0.0尾座连续左I0.1主轴高速Q0.1点动I0.2开冷却液Q0.2连续右I0.3刀架正转Q0.3超程解除I0.4刀架反转Q0.4油泵停止开关I0.5润滑Q0.5主轴低速控制开关I0.6尾座向左Q1.0主轴高速控

27、制开关I0.7尾座向右Q1.11号刀位I1.0卡盘夹紧Q1.22号刀位I1.1卡盘松开Q1.33号刀位I1.2离合器低速Q1.44号刀位I1.3离合器高速Q1.5X轴限位开关I1.4主轴刹车制动Q1.6Z轴限位开关I1.5急停报警指示灯Q2.0脚踏开关I1.6卡盘夹紧指示灯Q2.1伺服准备好I2.0X 轴超程指示灯Q2.2电机过热I2.1Z轴超程指示灯Q2.3冷却开启控制开关I2.2顶尖指示灯Q2.4挡位控制开关I2.3外部急停Q2.5换刀控制开关I2.4进给保持Q2.6油泵急停I2.5NC急停I2.6NC复位I2.725 PLC的I/O接线图 图2-1 CNC系统和PLC接口26 PLC主程

28、序梯形图在CK6150数控车床的PLC控制主程序中，首先把CNC送到IB3口的MST代码（BCD码）与63（3FH）相与，屏蔽掉I3.6、I3.7，然后在M选通、S选通、T选通信号的作用下，分别将M代码转存到MB1、S代码转存到MB2、T代码转存到MB3；然后，无条件(SM0.0)调用主轴控制子程序、液压卡盘和液压尾座控制子程序、冷却和润滑控制子程序、换刀控制子程序、急停和进给保持控制子程序。CK6150数控车床PLC控制主程序图2-2 CK6150数控车床PLC控制主程序梯形图27 主要子程序梯形图271 液压卡盘和液压尾座控制子程序液压卡盘和液压尾座控制，这两种动作的控制都是在手动JOG(

29、I2.5)方式下进行的。液压卡盘的夹紧和松开是由一个脚踏开关SQ7控制的，第一次踩踏时夹紧，第二次踩踏时松开，因此先将这个开关的闭合信号转换成脉冲信号M0.3，然后用M0.3脉冲去置位Q10、复位Q11，或者复位Q10、置位Q11。液压尾座的伸出和退回由按钮SB6（I01）、SB7（I02）、SB（I03）控制。按下连续左按钮I01，尾座伸出，Q10有效并自锁，同时解除Q11，尾座连续伸出。按下点动左按钮I02，尾座伸出，Q10有效，同时解除Q11，尾座伸出；放开I02后尾座伸出Q10解除，尾座停止。按下连续右按钮I03，尾座退回，Q11有效自锁，同时解除Q10，尾座连续退回。图2-3 数控车

30、床液压卡盘和液压尾座控制子程序梯形图272 冷却和润滑控制子程序冷却液的开/关由手动旋钮SA2（I00）和M功能指令M08、M09共同控制。自动方式（I=25）时，在M选通信号的作用下，判断MB1的值，如果等于08，则置位M02，如果等于09，则复位M02；手动旋钮SA2闭合（I00=1）或者M02=1时，开关冷却Q02。润滑泵的启动/停止由定时器T37（10S）、T38（30min）控制，在无急停报警的情况下，每30min润滑一次，每次10S。图2-4 数控车床冷却和润滑控制子程序梯形图273 换刀控制子程序下面这个图是自动换刀控制子程序梯形图。在这个图中，用字节传送指令将当前刀位开关信号（

31、I10I13）转换成当前刀号代码（14）存放到MB4中；当执行换刀指令时，在T选通信号的的作用下，将指令刀号MB5与当前刀号MB4进行比较，如果不相等则置位Q03、复位Q04，刀架电机正转，刀架开始旋转；当转到预定的刀位时，当前刀号MB4与指令刀号MB3相等，复位Q03，刀架停止正转，在Q03闭合脉冲的作用下，置位Q04，换刀动作结束。图2-5 数控车床换刀控制子程序梯形图274 主轴控制子程序首先执行S指令，指定速度挡，然后执行M03指令，置位M01，根据S指令代码MB2不同，产生相应的输出组合（Q00、 Q01、 Q14、 Q15），从而启动主轴按预定的转速运转。当执行M05、M30（MB1=48）指令，或者NC复位急停时，复位M01，主轴停止并接通制动电磁铁（Q16）制动，制动2S后，定时器T41动作，释放制动电磁铁。 图2-6 数控车床主轴控制子程序梯形图275 急停、进给保持控制子程序急停和进给保持是PLC进给CNC的辅助控制反馈同步信号，用来反馈辅助控制信息，同步NC程序的执行。当出现X轴越限