基于立式加工中心的数控设计毕业设计论文(编辑修改稿)

基于立式加工中心的数控设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

形式、性能、容量、指令系统、编程方式、价格等也各有不同，适用的场合也各有侧重。 因此，合理选用 PLC，对于提高 PLC 控制系统的技术经济指标有着重要意义。 PLC 的选择主要应从 PLC 的机型、容量、 I/O 模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面 加以综合考虑。 一、 输入输出（ I/O）点数的估算 I/O 点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%~20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。 实际订货时，还需根据制造厂商 PLC 的产品特点，对输入输出点数进行调整。 二、 存储器容量的估算 存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。 为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。 存储器内存容量的估算没有固定的公式 ，大体上都是按数字量 I/O 点数的 10~15 倍，加上模拟 I/O 点数的 100 倍，以此数为内存的总字数（ 16 位为一个字），另外再按此数的 25%考虑余量。 三、 控制功能的选择 该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。 重庆邮电大学本科毕业设计（论文） 7 运算功能 简单 PLC 的运算功能包括逻辑运算、计时和计数功能；普通 PLC 的运算功能还包括数据移位、比较等运算功能；较复杂运算功能有代数运算、数据传送等；大型 PLC 中还有模拟量的 PID 运算和其他高级运算功能。 大多数应用场合，只需要逻辑运算和计时计数功能， 有些应用需要数据传送和比较，当用于模拟量检测和控制时，才使用代数运算，数值转换和 PID 运算等。 要显示数据时需要译码和编码等运算。 控制功能 控制功能包括 PID 控制运算、前馈补偿控制运算、比值控制运算等，应根据控制要求确定。 PLC 主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单向路或多向路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需的控制功能，提高 PLC 的处理速度和节省存储器容量。 通信功能 大中型 PLC 系统应支持多种现场总线和标准通信协议。 PLC 系统的通信接口应包括串行和并行通信接 口、 RIO 通信口、工业以太网、常用 DCS 接口等；大 中 型 PLC通信总线 (含接口设备和电缆 )应 1： 1 冗余配置，通信总线应符合国际标准，通信距离应满足装置实际要求。 根据网络组成的实际需要，应选择具有不同通信功能的（如点对点、现场总线、工业以太网）通信处理器。 编程功能 离线编程方式： PLC 和编程器公用一个 CPU，编程器在编程模式时， CPU只为编程器提供服务 ，不对现场设备进行控制。 完成编程后，编程器切换到运行模式， CPU 对现场设备进行控制，不能进行编程。 离线编程方式可降低系统成本，但使用和调试不方便。 在线编程方 式： CPU和编程器有各自的 CPU，主机 CPU 负责现场控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运行。 这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型 PLC 中常采用。 诊断功能 PLC 的诊断功能包括硬件和软件的诊断。 硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。 通过软件对 PLC 内部的性能和功能进行诊断是内诊断，通过软件对 PLC 的 CPU 与外部输入输出等部重庆邮电大学本科毕业设计（论文） 8 件信息交换功能进行诊断是外诊断。 处理速度 PLC 采用扫描方式工作。 从实时性要求来看，处理速度应越快越好，如果信号持续时间小于扫描时间，则 PLC 将扫描不到该信号，造成信号数据的丢失。 处理速度与用户程序的长度、 CPU 处理速度、软件质量等有关。 四、 机型的选择 PLC 的类型 PLC 按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按 CPU字长分为 1 位、 4 位、 8 位、 16 位、 32位、 64位等。 从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。 整体型 PLC 的 I/O 点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统 ；模块型 PLC 提供多种 I/O 卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的 I/O 点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。 输入输出模块的选择 输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。 例如对输入模块，应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。 对输出模块，应考虑选用的输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范围广、寿命短、响应时间较长等特点；可控硅输出模块适用于开关频繁，电感性低功率因数负荷场合，但价格较贵，过载能力较差。 电源的选择 一 般 PLC的供电电源应设计选用 220VAC 电源，与国内电网电压一致。 重要的应用场合，应采用不间断电源或稳压电源供电。 如果 PLC 本身带有可使用电源时，应核对提供的电流是否满足应用要求，否则应设计外接供电电源。 为防止外部高压电源因误操作而引入 PLC，对输入和输出信号的隔离是必要的。 存储器的选择 为保证应用项目的正常投运，一般要求 PLC的存储器容量，按 256个 I/O点至少选 8K 存储器选择。 需要复杂控制功能时，应选择容量更大，档次更高的存储器。 重庆邮电大学本科毕业设计（论文） 9 五、 冗余功能的选择 控制单元的冗余 重要的过程单元： CPU(包括存储器 )及电源均应 1 比 1 冗余；在需要时也可选用 PLC 硬件与热备软件构成的热备冗余系统、 2 重化或 3 重化冗余容错系统等。 I/O 接口单元的冗余 控制回路的多点 I/O卡应冗余配置；重要监测点的多点 I/O卡可冗余配置；对重要的 I/O 信号，可选用 2 重化或 3 重化的 I/O 接口单元。 六、 经济性的考虑 选择 PLC 时，应考虑性能价格比。 考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出较满意的产品。 输入输出点数对价格有直接影响。 每增加一块输入输出卡件就需 增加一定的费用。 当点数增加到某一数值后，相应的存储器容量、机架、母板等也要相应增加，因此，点数的增加对 CPU 选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响。 在估算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比。 第三节 数控系统介绍 一、 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 E6 M700 等系列 CNC 数控系统。 重庆邮电大学本科毕业设计（论文） 10 二、 三菱 M64S 数控系统简介 数控加工中心结构 数控加工中心的结构框图如图 所示： 图 数控加工中心电气组成结构框图 由图 结构框图可知，加工中心电气组成分别由 CNC 数控系统，进给伺服轴，主轴及其他轴电力电器、电机等组成。 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 ： 表 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 M64SL M64SM 最大控制轴数 14 7 最大 NC 轴数 12 6 最大主轴数 4 最大 PLC 轴数 2 同时联动轴数 4 辅助轴数 4 PLC 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（ 寸 寸） 彩色 LCD（ 寸） MELSEC 网络 CCLINK 重庆邮电大学本科毕业设计（论文） 11 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、伺服驱动单元、伺服电机、远程 I/O 单元、 RS232 等设备组成，如图所示： 图 (a) 三菱 M64S 数控系统结构 重庆邮电大学本科毕业设计（论文） 12 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 （ b）所示，每一个单元的安装与连接在下面章节均有介绍。 图 （ b） 三菱 M64S 数控系统结构 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。 重庆邮电大学本科毕业设计（论文） 13 （ 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 代码和固定循环程序，如 G12/13， G34/35/36， 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。 第四节 本章小结 本章主要介绍 CNC 数控系统的基本概念、组成和特点， 经过对 PLC 选型方法的介绍，我选择了三菱 M64S 作为此次立式加工中心设计的中心部分， 三菱 M64S 数控系统是目前比较先进的控制系统， 同时我也列出了 三菱 M64S 的一些特点。 对 CNC系统有了一定的了解后，我们就可以设计其电气原理图和主电路图。 重庆邮电大学本科毕业设计（论文） 14 第二 章 立式加工中心电气原理图设计 第一节 数控加工中心设计概述 数控加工中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 MDSBSPJ237，进给轴电机 X、 Y 轴使用型号为 HC152TA47 的伺服电机， Z 轴使用型号为 HC152BTA47 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 MDSBSPJ237，主轴电机型号。 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，它包括控制单元 FCA65S、监控单元 FCU6DUN33+KB20/KB基本 I/O 单元 FCU6DX45手轮 HD60。 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 所示，共有以下几个部分组成，包括CNC 电路，电器主电路， PLC 和 I\O 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 I\O 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。 加工中心电气总框图如下： 重庆邮电大学本科毕业设计（论文） 15 图 加 工中心电气图 重庆邮电大学本科毕业设计（论文） 16 第二节 数控加工中心主回路 /电气控制回路 一、 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。