基于三菱数控系统立式加工中心plc控制程序设计毕业论文(编辑修改稿)

基于三菱数控系统立式加工中心plc控制程序设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

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 所 示： 图 全闭环数控系统原理图 （ 3） 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， 5 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 所示： 图 半闭环数控系统原理图 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 RS232 通信接口，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 10～ 20m/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 ，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界面，同时具有丰富的刀具管理功能、宽调速主 6 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。 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。 数控技术发展回顾及未来发展趋势 数控（ NC）阶段（ 19521970 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(HARDWIRED 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。 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。 未来的发展 7 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。 数控 系统介绍 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。 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 ： 8 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 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 /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 9 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 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。 10 （ 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。 （ 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。 11 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。 三菱 M64S 数控系统 NC 单元 控制 及显示单元 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、 RS232 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 （ a） 所示 ： 图 （ 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 （ b） 所示： 12 图 （ b） 控制器外型图 注： ① HR171 卡 FG 端子 ② NCNO：通常设为 0 ③ SW2：通常为 ON ④ AUX2 接头：通常不使用 ⑤ AUX1 接头：接显示器 ⑥ DC1N 直流 24V 电源接口 ⑦ EMG 急停信号输入接口 ⑧ 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 表 NC SYS 设定 设定 操作模式 内容 0 正常系统执行 系统动作时 1 PLC 停止 PLC 程式的停止 7 SRAM 全消除 B 系统版本更新 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 ”color LCD 显示器 FCU6DUN33+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 所示： 13 图 显示单元的连 接 开关 电源 及急停按钮配线 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 24V177。 5%，波纹 200MV MAX，输出电源 3A。 电源单元连接图见图 图 电源。