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华中科技大学硕士学位论文数控齿条成形磨齿机PLC控制系统的研制姓名：孙立杰申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：冯清秀2011-01摘要目前国内齿轮齿条很大程度上在普通机床磨削加工，精度质量等难以保证。
在普通磨齿机上增加自动化控制系统，采用成形法磨削齿条可以精简机床机械结构，减少传动链误差，提高齿条磨削精度。
本文分析了国内外齿条成形磨齿机的发展情况和成形法磨齿加工原理，研发了数控齿条成形磨齿机。
首先，根据齿条成形磨削工艺，提出了数控齿条成形磨齿机的控制系统框架。
数控成形齿条磨齿机以可编程控制器（PLC）为控制核心，完成成形砂轮的旋转运动、工作台的分齿定位运动和液压缸的纵向进给运动，通过人机界面输入命令和加工数据，辅以操作面板方便安全进行操作。
其次，基于磨齿机控制系统结构和加工要求，选取硬件构建通讯系统，规划电气线路并设计了软件程序。
硬件结构由可编程控制器、光栅尺、触摸屏和交流伺服驱动系统组成。
控制系统的软件设计包括：人机界面和PLC控制程序编制。
最后，深入研究了基于PLC的工作台分齿精度控制技术，详细讨论了光栅尺与伺服电机、滚珠丝杠全闭环控制的实现。
数控齿条磨齿机可以满足企业对齿条磨削高质高效的要求，为国内数控成形齿条磨削技术的发展提供了重要的参考，具有很高的研究价值。
关键字：数控齿条磨齿机成形法可编程控制器光栅尺触摸屏AbstractNow the domestic rack is often ground on the general machine, the precision and quality of rack is difficult to guarantee. Adding the automatic control system on the original grinding machine and employing the forming technology can shorten the mechanical structure, reduce the error of transmission chain and improve the grinding precision of rack.Based on the analysis of rack form grinding machine at home and abroad and the study of the form grinding principle, NC rack form grinding machine is proposed.First, relied upon the rack forming technology, the control system frame is built. Programmable logic controller (PLC) serves as the core of the rack-ground machine’s control system. Under the control of PLC, the rotation of grinding wheel、the straight-line motion of grinder worktable and the long feed motion of oil cylinder are finished. The touch screen was applied to input control commands and work data, the operation table aided to easily and safely manipulate the machine.Second, considering the control system structure and process requirement of rack-ground machine, the paper chooses the hardware，constructs the communication system and designs the electric lines. In addition, the software of control system is written. The hardware structure is composed of PLC, grating scale, touch screen and alternating-current servo driving system. The touch screen interfaces and PLC control programs constitute the software part of the control system.Third, the paper deeply researches on the teeth-separated precision control method of worktable based on PLC and discusses the full closed loop control of grating scale, servo-motor and ball screw shaft.The NC rack form grinding machine can meet high quality and efficient business requirements. In addition, the machine provides important reference for the development of rack grinding technology and presents high research value.Key words: numerical control (NC) rack-ground machine, form grinding, programmable logic controller (PLC), grating scale, touch screen√独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
基于PLC的数控机床控制系统设计数控机床是现代制造业中的核心设备之一，其在工业生产中的自动化程度非常高，能够实现高效、高精度的加工。
而PLC（可编程逻辑控制器）作为一种广泛应用于工控领域的专用计算机，其稳定性和可靠性非常高，适用于数控机床控制系统的设计。
硬件设计方面，首先需要选定适用于数控机床控制的PLC，一般推荐选择功能强大、性能稳定的工业级PLC。
其次，需要根据实际应用需求选择适配的输入输出模块，用于与机床的各个传感器和执行器进行连接。
然后，根据数控机床的运动结构，选择合适的电机驱动器和编码器等设备。
最后，需要设计数控机床的操作面板，用于人机交互，包括显示屏、按钮、旋钮等。
软件设计方面，PLC的控制程序需要通过编程语言进行编写，常用的编程语言包括梯形图、指令表、结构化文本等。
在编程中，首先需要实现数控机床的各种基本功能，例如：自动进给、自动下刀、自动换刀等。
然后，针对具体的加工要求，编写相应的加工程序，包括工件的坐标系设定、刀具半径补偿、切削速度设定等。
此外，还需要编写相应的报警和故障处理程序，以保证数控机床的安全运行。
设计完整的基于PLC的数控机床控制系统后，还需要进行相应的调试和测试。
通过连接各个部件，验证控制逻辑是否按预期工作，检查机床运动是否平稳、精确。
在测试过程中，还需要模拟各种异常情况，如断电、通信异常等，确保系统能够正确处理这些异常情况，保证机床的安全性和可靠性。
总之，基于PLC的数控机床控制系统设计需要考虑到硬件和软件两个方面，确保系统功能完善、稳定可靠。
通过合理的硬件设计和编写高效的控制程序，可以实现数控机床的自动化加工，提高生产效率和产品质量。
机械JIXIE1999年 第26卷 第5期 Vol.26 No.5 1999基于PLC的磨床控制系统设计邢建国摘要 介绍了开发设计的经济型平面磨床数控系统，其控制核心采用了可编程控制器。
关键词 磨床 数控系统 可编程控制器Abstract This paper introduces economic NC system developped by us for surface grinder, and the PLC controller is used in its control core of system .Keywords Grinder NC system PLC1 系统组成 随着对零件加工精度要求的提高，磨床作为高精加工设备在工件精加工中起着重要的作用，其中数控平面磨床占有较大的比例，开发设计平面磨床数控系统有较大的应用价值和前景。
磨床数控系统虽然不象数控铣床那样控制算法复杂，但有自己的控制特点：要求控制精度高，逻辑关系复杂。
我们研制开发的平面磨床数控系统采用步进电机作驱动元件，砂轮上下、工作台前后运动两轴联动，步进电机带有光电编码盘以精确控制进给步数。
图1为控制系统组成框图。
图中箭头表示控制信号传递方向。
本文主要介绍磨床控制的特点及可编程控制器在磨床控制系统设计中的应用。
图1 磨床控制系统组成框图2 PLC的软件设计 我们设计开发的磨床数控系统除控制进行平面磨削外，还可控制磨削沟槽及曲面，图2为加工工件类型示意图。
机床具有手动、自动工作方式，自动工作方式可自动完成粗磨、精磨、光磨等工作循环。
工作方式、加工类型、磨削参数(每次粗、精磨量，光磨次数)、工作台进给方式和进给间距、砂轮转速、砂轮切入方式等通过操作面板预选，加工过程中可变更磨削参数，工作台的进给速度以及移动间距经A/D转换输入单片机系统。
信息及数据显示由80C196KC单片机完成。
图3表示出了平面自动磨削过程砂轮的工作路线，图4为控制过程的流程图。
基于高端PLC的磨削数控系统作者：卢胜利蔡静之王福平祝玲赵虎引言PLC以其可靠性高、逻辑控制功能强、体积小、适应性强和与计算机接口方便等优势在工业测控领域广泛运用，已大量替代由中间继电器和时间继电器等组成的传统电器控制系统。
近年来，PLC技术发展迅猛，新产品层出不穷。
高端PLC 不仅擅长开关量检测和逻辑控制，而且能够处理模拟信号、进行位置控制和回路控制，还可以连接各种触摸屏人机界面并具有强大的网络功能。
高端PLC配备适当的位置控制单元和触摸屏人机界面，并根据计算机集成制造系统(CIMS) 或柔性制造系统( FMS) 的具体要求，配置相应的网络模块或网络单元，即可实现网络互连，构成开放的数控系统。
本文介绍一种基于OMRON高端PLC的磨削数控系统，这种数控系统装备的位置控制单元可以实现两轴联动，并可根据实际需要，任意扩展控制轴数；触摸屏人机界面可以根据操作需要灵活设计；还可通过DeviceNet、Controller Link和TCP / IP协议单元进行多层次的网络互连。
这种数控系统目前已在3MZ2120磨床数控技术改造中获得成功应用。
1.数控系统的开放特征与典型模式开放式数控系统一般基于PC平台，具有模块化、标准化、平台无关性、可二次开发和适应联网工作等特征。
基于PC平台的开放式数控系统目前有3种典型模式。
第一种为衍生型(专用NC + PC) ，在传统CNC中插入专门开发的接口板，使传统的专用CNC带有PC的特点。
此种模式是由于数控系统制造商不能在短期内放弃传统的专用CNC技术而产生的折中方案，尚未实现NC内核的开放，只具有初级开放性；第二种为嵌入型( PC +NC控制卡) ，将基于DSP的高速运动控制卡(NC控制卡)插在PC的标准扩展槽中，由PC机执行各种非实时任务，NC控制卡处理实时任务。
是目前基于PC平台的开放式数控系统的主流；第三种为全软件数控系统，PC机不仅能够完成管理等非实时任务，也可以在实时操作系统的支持下，执行实时插补、伺服控制、机床电器控制等实时性任务。
全自动滚齿机的PLC控制摘要：随着工业自动化水平的不断提高，全自动滚齿机在机械加工领域的应用越来越广泛。
在全自动滚齿机中，PLC（可编程逻辑控制器）作为控制中心，起着至关重要的作用。
本文主要针对全自动滚齿机的PLC控制进行了详细的设计和研究，包括PLC控制系统的整体架构设计、硬件电路设计以及软件程序设计等方面。
通过对全自动滚齿机的PLC控制系统进行深入的研究和分析，可以更好地实现对全自动滚齿机的自动控制，提高生产效率和产品质量。
1.引言2.1PLC选型在设计全自动滚齿机的PLC控制系统时，首先需要选择合适的PLC型号。
考虑到全自动滚齿机对控制精度和运行稳定性的要求，一般选择功能比较强大的工业级PLC，如西门子PLC、施耐德PLC等。
在选择PLC型号时，需要考虑到全自动滚齿机的工作环境、控制要求以及后期的系统维护和升级等因素，综合考虑选择合适的PLC型号。
2.2PLC控制系统整体架构全自动滚齿机的PLC控制系统整体架构主要包括输入/输出模块、中央处理器、通信模块、电源模块等部分。
输入/输出模块用于接收外部信号，控制执行部件的运行；中央处理器负责运行控制程序，对输入信号进行处理并产生相应的输出信号；通信模块用于与上位机或其他设备进行通信；电源模块则提供稳定的电源供电。
整体架构设计的合理性对于全自动滚齿机的PLC控制系统而言至关重要，能够确保系统的稳定性和可靠性。
3.1输入/输出模块设计在全自动滚齿机的PLC控制系统中，输入/输出模块起着承上启下的关键作用，用于接收外部信号和控制执行部件的运行。
输入/输出模块设计需要考虑到全自动滚齿机的工作环境和实际控制需求，合理设置输入/输出点位，确保能够满足全自动滚齿机的控制要求。
3.2电路设计在全自动滚齿机的PLC控制系统中，电路设计是至关重要的一环。
电路设计需要考虑到全自动滚齿机的工作环境和电气要求，以及PLC型号的特性，设计出稳定可靠的电路，确保全自动滚齿机的正常运行。
摘要由于工厂企业中很多磨床年代久远，其工作性能已远远达不到现代生产的要求。
因此有必要对旧式的常规电动机控制系统进行技术改造，以PLC取代常规的继电器，以达到磨床的控制要求。
本次设计介绍了M7120平面磨床PLC控制系统,并编写了PLC控制梯形图程序和指令表程序。
简要叙述了M7120平面磨床继电器-接触器控制系统的工作原理及其运动形式。
改由PLC控制系统后的磨床工作安全可靠，系统运行情况良好，磨削精度更高；利用PLC 控制系统，实现了磨床启动、停止、砂轮转动、工作台移动和工作台转动，砂轮升降；提供过载、断相、零励磁和零电压保护；并因所吸工件的不同，灵活调节电磁吸盘的吸力大小。
改由PLC控制后，其控制系统大大的简单化,并且维修方便,易于检查，节省大量的继电器元件,机床的各项性能有了很大的改善，工作效率有了明显提高。
该项技术还可推广应用于自动化其他领域的控制系统中。
关键词: PLC,面磨床,电器AbstractMany grinders are too old to meet the needs of modern manufacturing in factories. So it is necessary to make some technological transformations on the old-style convention motor-control system. Change them by the PLC substitution convention's relay, to meets grinder's control requirements.This paper introduces the survey of invariable program timers and M7120 the vertical shaft frustum surface grinding machine PLC control system, and has compiled the PLC procedure trapezoidal chart and the directive statement table. In this paper, the principle of work and the movement form of M7120vertical shaft frustum surface grinding machine relay - contact device control systems is briefly introduced. The safety will be significantly changed and the operation situation will be better, the grinding precision is also higher. Using the PLC control system, the grinder’s starting, stopping, the grinding wheel’s rotation, and work table’s moving and rotation can be realized. And the grinding wheel fluctuation has two control modes, manual and automatic. It provides the protection like overload, break, zero excitation and zero potential. It attracts the work piece with different nimble adjustment magnet chuck suction size. After changing the PLC control system is largely simplified, and services conveniently, easy to inspect. It also saves large sum of relay element. The performance has the very big enhancement, and the working efficiency had the distinct enhancement. This technology may also be applied in other domain control systems of automation field.Key word：PLC,Surface grinding,Relay目录1 绪论 (1)1.1 PLC在电气控制系统中的应用 (1)1.2 磨床的介绍 (2)1.3 世界平面磨床发展趋势 (2)2 M7120平面磨床简介 (6)2.1 M7120平面磨床的结构及功能 (6)2.2 M7120平面磨床的电气控制系统分析·········错误!未定义书签。
郑州华信学院毕业论文题目：基于PLC的数控机床控制系统设计学生姓名：所在院系：所学专业:机电一体化技术指导老师：所在班级：摘要可编程控制器PLC广泛应用于数控机床等工业控制中。
数控机床的控制部分可分为数字控制和顺序控制两部分。
本文描述了数控机床的基本组成、工作原理、分类及各自的特点。
并且对数控机床中的PLC作了详细的介绍，把PLC在数控机床上的控制做了设计.然后以摇臂钻床Z3040为例,描述了它的设计过程，包括控制系统电路的分析,Z3040摇臂钻床原理图，用PLC编写程序对机床进行控制.关键词：可编程控制器数控机床数字控制顺序控制ABSTRACTProgrammable controller （PLC）is widely used in nc machine tools and other industrialcontrol。
Part of CNC control can be divided into digital control and sequence control two parts。
This paper describes the basic CNC composition, working principle, classification and their respective characteristics. And the PLC for nc machine tools have also been introduced in detail, the PLC in the control nc machine design。
Then Z3040 with radial drilling machine as an example,describes its design process，including control system circuit analysis, Z3040 radial drilling machine principle diagram, using PLC programming control of machine.Keywords: programmable controller；nc machine tools；digital control;sequence control目录1 绪论 (1)1。
技术创新51基于PLC的数控平面磨床控制系统研制◊内江职业技术学院王成琼向六昭刘武周以西门子PLC为控制核心，根据磨床工艺要求，设计了数控平面磨床的控制系统。
该控制系统，可实现对磨床砂轮电机、液压电机、冷却电机、头架电机、砂轮油压机、冲洗泵等电机启停控制、调速控制；提供过载、限位、油压、励磁等保护措施。
系统运行表B H缺始由丨玄祐奸采#姑由丨姑念苜娥E女占蚰垂古接油垂击1引言平面磨床是机械制造行业中实现精加工的机床，磨床的精度水平决定着机械零件的最终加工精度和质量。
平面磨床的工作过程为在工作台上装夹好工件，首先根据工件X tt、向的尺寸设定左右运动和前后运动的行程，然后进行对刀操作，对刀完成后即可进行手动和自动磨削。
可编程控制器（PLC)具有通用性强、使用方便、可靠性高、编程简单等优点，采用PLC作为控制核心的控制系统，能节省大量的继电器元件，使机床的工作效率更髙，从而达到磨床的自动化控制目的。
结合平面磨床生产工艺要求和客户需求，四川庆隆机床有限责任公司和内江职业技术学皖共同研发了数控平面磨床控制系统。
2平面磨床控制要求分析控制对象，确定平面磨床运动要求如下：①机床的电 气控制部分采用可编程序控制器，实现对磨床砂轮电机、液压 电机、冷却电机、头架电机、砂轮油压机、冲洗泵等10个电机 启停控制、调速控制；②动作要求：砂轮升降（正反转）、液 压推动工作台运动、細调艇行、手轮X\Z«选择、雜倍率*1/管1_择；③为保证安全生产，端量进退、中心架退 位、夕卜量退位等需要限位控制；④砂轮电机、头架电机采用变 频器控制方式；⑤平台伺服控制；⑥有必要的信号指示和局部 照明；⑦应具有完善的保护环节，比如电动机的短路保护、过 载娜、励磁贩3平面磨床控制系统设计3.1主电路设计图1教控平面磨床控制系统主电路一数控平面磨床的电气控制系统主电路如图1、图_示，系 统主要有砂轮电机、液压电机、冷却电机、磁性/纸袋过滤机、头架变频电机、头架调速电机、砂轮主轴油压电机、冲洗泵、变频电机风扇、油冷机等10电机，需要分别满足不同电机的启 停要求和调速要求。
全自动滚齿机的PLC控制随着工业自动化的发展，全自动滚齿机在机械制造领域中的应用越来越广泛。
它的出现不仅提高了生产效率，还改善了产品质量和生产环境。
在全自动滚齿机中，PLC （Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）起着至关重要的作用，它通过控制程序来实现全自动滚齿机的各项功能和动作。
本文将对全自动滚齿机的PLC控制进行详细介绍。
一、全自动滚齿机的工作原理全自动滚齿机是一种用于制造齿轮的设备，它通过滚齿刀或滚齿轮将齿条和齿轮压制在一起，使其在一定的压力下旋转，从而形成齿轮。
在全自动滚齿机的工作过程中，有许多动作需要精确控制，如送料、滚刀运动、压力控制等。
而PLC作为全自动滚齿机控制系统的核心，它负责控制各个动作的顺序和精确度，确保整个制造过程的稳定和高效。
二、 PLC控制系统的设计原理PLC控制系统是通过特定的PLC编程软件对PLC进行编程，实现对设备各种动作的精确控制，其设计原理主要包括硬件设计和软件设计两个方面。
硬件设计主要包括PLC主控板、输入输出模块、继电器等硬件设备的选择和连接。
全自动滚齿机的控制系统通常需要较多的输入输出信号，包括传感器信号、执行器信号等，因此需要充分考虑设备的输入输出点数和种类，选择适当的PLC型号和输入输出模块。
继电器的选择和连接方式也需要根据具体的控制需求来设计，确保与其他设备的协调工作。
软件设计主要包括PLC程序的编写和调试。
在全自动滚齿机的控制系统中，PLC程序通常需要实现多种功能，如送料控制、滚刀控制、压力控制等。
在软件设计时需要进行详细的功能分解和模块设计，确保程序结构清晰，逻辑严谨。
对编写的PLC程序还需要进行模拟调试和实际调试，确保各个功能和动作的精确控制。
三、PLC控制系统的功能和特点1. 灵活可编程：PLC控制系统可以根据具体的控制需求进行编程，实现不同的功能和动作控制。
当全自动滚齿机需要进行产品换型或生产工艺调整时，只需要对PLC程序进行修改和调试，即可实现设备的灵活适应性。
第27卷第10期2010年10月机 电 工 程Journal o fM echan ica l&E l ectrical Eng i nee ri ng V o.l 27N o .10O ct .2010收稿日期:2010-06-02作者简介:孙立杰(1986-),女,山东潍坊人,主要从事机电一体化方面的研究.E-m ai:l s un lijie210@163.co m 通信联系人:冯清秀,女,副教授.E-m ai:l hustfqx @基于PLC 的数控齿条磨齿机控制系统孙立杰,冯清秀*,汤漾平(华中科技大学机械科学与工程学院,湖北武汉430074)摘要:为了提高齿条磨齿机加工精度和效率,提出了齿条磨齿机数控化方法。
数控齿条磨齿机控制系统以可编程控制器为基础,完成砂轮的旋转运动、工作台的直线运动和液压缸的纵向进给运动;应用光栅尺显示砂轮的垂直进给量和反馈机床分齿运动,采用人机互动界面输入控制命令和加工数据,并实时反映机床运动情况。
给出了控制系统结构框图,详细介绍了系统的硬件设计和软件设计。
数控齿条磨齿机试用结果表明该控制系统运行平稳,加工精度符合要求。
关键词:数控齿条磨齿机;可编程控制器;光栅尺;触摸屏中图分类号:TH 39;TP27 文献标识码:A文章编号:1001-4551(2010)10-0074-04Control syste m of NC rack -ground machi ne based on PLCS UN L -i ji e ,FENG Q i ng -x i u ,TANG Yang -pi ng(School ofM ec hanical Science &Eng i n eeri n g ,H uazhong U niversity o f Science &Technology ,W uhan 430074,China)Abstrac t :In order to i m prove the processing prec i s i on and e ffi c iency o f rack -g round m ach i ne ,a nume rical contro lm ethod w as proposed .T he rack -ground m achi ne p s contro l syste m w as based on progra mm able l og ic contro ller(PLC )to fi n i sh t he rotation o f g ri nding whee,l the stra i ght -li ne m otion of gr i nder w orktab l e and the long feed mo ti on o f o il cy linder .The grati ng scale was used to show the vertica l feed a m ount o f t he gr i nd i ng w hee l and g ain the teeth -separated feedback .T he touch screen was app lied to i nput contro l co mmands and w ork data and rea-l ti m e output the m ach i ne state .T he contro l syste m struct ure diag ra m was presented ,t he hardware and soft w are design w as furt her repo rted .T he test results i ndicate that t he contro l sy stem i s stab l e and the m achi n i ng accuracy m eets the require m en ts .K ey word s :nume rica l con tro l(NC )rack -ground m ach i ne ;progra mmable l og ic contro ller(PLC );g ra ting scale ;touch screen0 引 言目前齿条齿轮广泛应用于飞机、汽车、精密仪器仪表、冶金、矿山、船舶和发电等行业。
提高齿轮精度、齿面淬硬后消除热处理变形和改善齿面粗糙度的方法仍以磨齿工艺为主。
但在国内,磨齿绝大部分仍在普通机床上进行,或在磨齿机上加装运动变向机构来加工,精度效率受到了很大限制。
齿条磨齿加工数控化,则机械传动链大大缩短,可简化机构,减少传动链误差。
另外,排除了交换齿轮和行程挡块的调整,亦可提高加工效率。
而数控齿条磨齿机的数量在国内非常少,并且价格昂贵[1-5]。
在这种背景下,笔者自主研制了数控齿条磨齿机。
它是一种采用成形法对齿条进行磨削加工的高精密新型设备,其加工长度可达1500mm,最大加工模数为20mm 。
成形法磨削靠成型砂轮磨出渐开线,砂轮的侧面由金刚石笔修成齿条齿轮的渐开线形状。
由于成形法机床动作少,结构相对简单,影响误差的因素较少,所以精度比较稳定,生产效率高。
1 齿条磨齿机的控制系统结构控制系统结构框图说明(如图1所示):图1控制系统结构框图(1)机床信号主要是机床运行到行程开关位置时发出的信号。
行程开关包括工作台前极限、后极限和原位极限,液压缸前极限和后极限。
这些极限开关分别用于控制工作台和液压缸的运动行程,其中原位极限为工作台提供参考原点。
(2)冷却电机、润滑电机和静压油箱电机属于加工辅助模块,它们各自驱动相应元件为磨齿加工提供水冷却和油润滑。
(3)数控齿条磨齿机在进入自动加工前通过手动对刀调整砂轮进给量,确定砂轮在垂直进给方向的位置,因此磨齿过程中无砂轮垂直进给运动(Z轴)。
设备的磨削加工包括3个运动过程:砂轮的旋转运动(C 轴)、工作台的直线运动(X轴)和液压缸的纵向进给运动(Y轴)。
三相交流异步电动机作为砂轮主轴电机,通过皮带传动将旋转运动传动给主轴以带动砂轮旋转。
工作台的分齿精度决定了数控齿条磨齿机的加工精度,工作台由伺服电机驱动,辅以光栅尺对滚珠丝杠运动进行反馈补偿。
液压油泵电机是纵向进给运动的动力元件,它驱动液压缸沿纵向导轨作往复运动,以完成齿条齿宽方向的磨削。
2控制系统的硬件设计2.1PLC设计PLC选型的基本原则是:在功能满足要求的前提下,选择最可靠、维护使用最方便以及性能价格比最优的机型。
考虑到磨齿加工工艺比较固定,加工环境一般,控制系统是开关量控制和顺序控制,本研究选用日本O MRON公司的CP1H-X40DT-D型PLC,它的CPU 单元本体内置输入24点,输出16点,具有高速中断输入功能和高速计数功能等,可以实现精确的定位控制。
它使用USB端口与上位机通信,采用梯形图配功能块的结构文本语言编程,串行通信口最多可以装2个(RS-232C或RS-422A/485选件板可供选择),可以方便地实现与人机界面之间的链接[6-7]。
在本研究中,现场有11个输入信号,11个输出信号。
具体的I/O输入/输出信号如表1所示。
表1I/O输入/输出信号输入/输出信号及其地址编号表输入信号输出信号1SQ工作台前极限I1.09KA1伺服电机通电Q100.00 2SQ工作台原位I1.10KA2主轴电机Q100.01 3SQ工作台后极限I1.11KA3润滑电机Q100.04 4SQ液压缸前极限I1.07KA4静压油箱电机Q100.05 5SQ液压缸后极限I1.08KA5油泵电机Q100.06 EA1X轴光栅尺A相I0.06KA6电磁阀1YA Q100.07 EB1X轴光栅尺B相I0.07KA7冷却电机Q101.04 EZ1X轴光栅尺Z相I0.02KA8电磁阀2YA Q101.05 EA2Z轴光栅尺A相I0.04伺服使能Q101.00 EB2Z轴光栅尺B相I0.05顺时针脉冲Q100.02 EZ2Z轴光栅尺Z相I0.01逆时针脉冲Q100.032.2光栅尺设计工作台的分齿运动是齿条磨齿的关键一环,为了实现工作台精确的定位控制,实时反馈工作台运动情况,考虑到光栅尺的应用性和价格优势,本研究选用广州信和公司生产的增量式光栅尺KA-600,有效量程为1000mm~3000mm,准确度为?3/?5/?10L m (20e),分辨率为0.5/1.5。
作为增量式光栅尺,它的光栅探头通过扫描栅线计数来获得相对运动的距离,在机床开机或断电后重新启动需要光栅尺慢慢移到刻有参考标记的位置以获得绝对位置。
另外,它属于封闭式光栅尺,可以防止灰尘、切屑和飞溅的液体。
CP1H型PLC接光栅尺高速计数时,每组有3个输入点:A相、B相和Z相。
高速计数信号采用线性模式,软件复位,相位差输入,当A相超前于B相90b时为增计数,反之为减计数。
超前及滞后与旋转编码器的转动方向有关。
X轴光栅尺一方面显示工作台运动(X向)的位移量,另一方面在工作台运动过程中向PLC发送实际运动位移脉冲,根据此脉冲数PLC程序对工作台运动位移进行补偿,保证分齿精度。
Z轴光栅尺在手动对刀时显示砂轮垂直方向(Z向)运动的位移量。
Y轴通过液压缸的极限开关确定砂轮纵向进给运动(Y向)行程,故无光栅尺显示或反馈液压缸运动位移。
2.3触摸屏设计触摸屏作为人机界面,在本设备中要求完成显示和输入任务,并能方便地与PLC连接通讯。
基于此要求,本研究选用上海步科公司生产的MT4300C触摸屏,它是5.6寸、320@234像素彩色触摸屏,1个USB SLAVE接口用于PC编写的程序下载,2个通讯端口用于与PLC连接。
上位机PC编写的触摸屏界面程序通过USB#75#第10期孙立杰,等:基于PLC的数控齿条磨齿机控制系统SLAVE 接口下载到触摸屏中。
触摸屏通过通讯端口COM 1的RS-232口与CP1H 型PLC 采用CP1W-C I F01模式连接,需设置的通讯参数为:9600,7,偶,2,以实现二者通讯。
3 控制系统的软件设计CP1H 型PLC 应用CX-Progra mm er 编辑软件进行PLC 程序的编写与调试,通过RS232通讯电缆从PC 下载到PLC 上。
根据数控齿条磨齿机加工原理,PLC 加工控制流程图如图2所示。
图2 加工控制流程图3.1 数值计算模块通过触摸屏界面输入加工参数,即齿条的基本参数(模数和加工长度)。
在实际工程应用中以毫米(mm )作为计量单位,触摸屏模数和加工长度数值格式分别设置为3位整数2位小数和3位整数3位小数形式,但PLC 处理整数的效率和精度相比浮点数有明显的优势,故在PLC 程序中将涉及的小数转换为整数,以微米(L m )为单位。
