数控铣床PLC控制系统设计

数控铣床PLC控制系统设计前言数控铣床由机械部分和电气部分组成，两者紧密结合起来从而达到人们所需要的东西。

其中机械部分包括底座，支架，三轴导轨以及外部板金组成，它是电气部分的控制对象，而电气部分是机械部分的动力而后实现手段，两者是按照各自的性质以及人们的需要而相互匹配而成的，而机械部分是又人们为了实现某一功能目的而设计的，电控部分是人们根据已经设计好的机械原件而对此进行科学系统的匹配，从性能，效率，质量以及经济方面综合考虑而实现的一个最优设计！一台数控机床由以下部分组成X轴马达 1个Y轴马达 1个Z轴马达 1个主轴马达 1个X轴伺服器 1个Y轴伺服器 1个Z轴伺服器 1个主轴伺服器 1个主机 1个显示器 1块操作面板 1块打油器 1个冷却机 1台空气过滤器 1个三十千瓦变压器 1台九百瓦变压器 1个24伏直流稳压器 2个I/O板 1块PCB板 1个行程开关 3个热交换器 1个电磁阀 1套总电源开关 1个接触器 6个热继电器 3个打刀汽缸 1个继电器多个一台数控机床由上面的各部分合理的安装在机床支架的各个位置。

其中马达，伺服器以及变压器的各自电压电流一定要相互匹配。

本课程设计的思路是将各部分的主线路按照某以要求先连接起来，再根据主线路之间的特点和关系以及各组成部分的连接和制约与工作的要求，合理准确的设计出控制线路的梯形图，然后根据所编的梯形图写出指令表（或者在PLC软件上将梯形图直接转化为指令表）。

计算输入输出点的个数，从而确定选择所用PLC的型号，最后画出PLC的外部接线图。

从功能上分，可以分为机械部分，电控部分，伺服部分以及冷却机部分，下面分别介绍。

1.1机械部分数控机床是一种高精密机器，它对机械部分要求非常严格，所以每一道工序必须确保在一定的精度范围内，机械部分包括支架，底座，工作台，三轴导轨防护挡板，控制箱以及配电盘，其中三轴导轨，工作台，主轴部分是机械部分以及整个铣床中工艺要求最高的部分，它要求X，Y，Z三轴导轨，要求相互垂直，且端面要求非常平滑，确保精度，减少摩擦。

主轴夹刀的地方与加工工件直接相连，对其工艺要求更加高。

由于机械部分容易发生弹性形变一般用肉眼是看不出来的。

但对于要求如此高精度的机床来说这样的形变是不允许的，所以必须考虑用弹性形变非常小的钢制材料来做其导轨及工作台，且保证底座水平。

1.2 电控部分电气部分是为机械部分提供动力并保障其安全，高效，稳定及准确可靠运行，此部分如同人体中的血液循环系统，为机械部分的正常运行提供了能源和保障。

电控部分包括输入系统，伺服系统以及冷却部分组成，没一个部分都相互影响和制约，它们通过I/O接口以及主机集成器伺服器相互传递信息。

下面分别介绍。

1.2.1 输入系统输入系统为直接给机床发出指令的系统，由它来直接控制各组成部分的运动，它所输入的信息通过I/O口来转换信号，再将其传送到主机里面，主机对传诵过来的信号进行识别和处理，再传送到里面的执行控制程序PLC硬件中，PLC 梯形图软件发出执行命令，再通过主机和I/O接口反馈给各个输出部分，从而实现控制机床的目的，其中XYZ三轴马达和主轴马达精度要求极高，当输入的信息是控制XYZ三轴马达和主轴马达运动时，这时候的主机和I/O接口的信号要经过伺服放大器的精确处理后，在传送给马达信号。

下面介绍一下数控机床的输入按扭：POWER ON 电源开 POWER OFF 电源关显示器界面 MONTION TOOLPARM EDIT MDIDIAGNIN/OUT SFG/FO英文字母按扭 Oa Nb Gc Xu Yv Ew Fd Lq HiMc Js Rk Np数字键按扭 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0分号键 EOB 删除键 DELETE大小写英文字母转换键 SHIFT输入键 INPUT 呼叫键 CALL复位键 RESET 字节删除键 CAN程序启动按扭 CYCLE START程序停止按扭 CYCLE HOLD手动误差补偿 ABS 跳过此段程序 BDT单节执行 OSP Z轴锁定 ZLK所有轴锁定 MLK 在寸动方式下运行 DRNM S T 代码锁定 AFL 单节执行 SBK在门关闭状态下程序才能运行 DILK主轴定位 ORCM 工作灯 LIGHT切削液马达开关 COOLI 外部吹气 BLOW在M30指令下过十秒自动断电主轴启动 CW 1主轴停转 STOP 1 刀盘正转 CW 2刀盘反转 CCW 卷屑机正转 FOR卷屑机反转 BACK 卷屑机停转 STOP 1编辑方式 EDIT 电脑传送模式 DNC记忆模式 AUTO 手抡方式 HANDLE寸动模式 JOG 快速给进模式 PAPIN回归原点 ZRN上面介绍的即为数控铣床的输入开关以及其功能的介绍，我们加工工件都是通过上面的输入按扭来实现编程的。

1.2.2伺服系统伺服系统既为反馈输出信号并将其输入信号放大的一种集成电路，它为三相交流异步电动机的运转提供准确的信息和高质量的动力。

它属于一种闭环调速系统，所以它的好坏将直接影响着整个数控铣床的精度，因为开环系统机械特性比较软，当负载改变比较大时，其电动机的转速会有很大的改变，所以它无法满足如此高精度的场合，而闭环系统恰好克服了这一定，具有很强的机械特性，即使负载有较大的波动，它依然可以维持正常的转速运行。

而在闭环系统中，我们为了提高机械硬特性，通常采用扩大调速范围和减小静差率的方法来实行。

1. 2. 3 冷却系统由于在加工工件时主轴要与工件直接接触，所以机械之间的摩擦必然会产生热量，这样很容易使主轴的温度过高，从而有可能导致带动主轴转动的电动机过热而烧毁，即使是不烧毁电动机也很可能会影响到机床加工工件的精度，所以在这里我们专门要为主轴准备一条冷却系统，以保证整台机床安全高效的运行。

冷却系统即为一台冷却机为为主轴源源不断的提供一定温度的冷却油的一套系统，它的工作原理和我们日常生活中所用的空调原理是一样的道理，也就是一台制冷设备将冷却油先制冷，再用一台电动机将冷却过的油抽入到主轴里面，而主轴里面用过的油由于重力势能和空气的压力又回归到冷却机中从新制冷，从而达到循环利用的目的！在冷却系统中一共有三个传感器来控制冷却机的正常运行，这三个传感器分别是压力传感器，温度传感器以及液面传感器，当他们分别检测到温度，压力和液面在正常范围内时才会发出正常的运行指令，而当其中的任何一个值不在正常范围内时则会出现报警，冷却机此时无法正常工作，待到所有值恢复正常时冷却机才会重新工作！第1章数控铣床电气线路图电气线路图是数控机床能源动力和外部执行电气的连接体，它在里面起着传送能源动力的作用。

在数控机床中，我们一共用到了五种不同的电压，它包括AC380V ，AC220V，AC110V， AC18V以及DC24V等五种电压等级。

电路走向是这样子的，首先由380伏的交流电接入30千瓦的变压器，通过变压后流出来的是三相220伏的交流电，这时候的电能一部分提供给伺服器放大器以及打油器和冷却机等220V用电器，而另一部分输送给了900瓦变压器和24伏直流稳压器，其中传送给900瓦变压器的经过变压后输出为110伏的交流电和18伏的交流电，AC110V电压作为各个接触器的线圈信号电压，而18伏交流电通过桥式整流电路变成24伏的直流电，用此电压来作为电磁阀、行程开关、以及各种传感器的信号。

下面我们分别画出进线电压分配图，AC220V接用电器图以及AC110V和DC24V 混合电路图。

2. 1 AC380V进线电压分配图工业电压为AC380V ，由此接到带自动断电的总电源开关上，再通过30千瓦变压器变成220V的交流电，而220V的交流电其中的两相又通过900瓦变压器变成两相110V的交流电和两相18V的交流电。

同时两相220V交流电通过变压，整流，平波以及稳压变成高稳定输出的24V直流电，此电源仅供给主机，I/O集成板和显示器，因为他们需要高质量的电源供给。

而由两相AC220V变成两相的AC18V将通过一个桥式整流电路将其变换成24伏的直流电压，在这里24伏的直流稳压电源的稳定程度并不是很高，其稳压设备当然也比较简单，它的稳定性程度要比由220V电压直接稳压出来的24伏直流电要低的多，所以它所供给的用电器对电压的稳定要求也不是很高，它一般给电磁阀、行程开关以及各种传感器提供电能。

AC220伏的电压的供给用电器流程图由下一节进行介绍。

AC380V电压进线开关要连接与次电路相匹配的保险丝，而且要注意的是，每每个用电器上面都要与地线相连接下图为380V电压变压分配图器，冷却机，24V直流稳压器等机床的保障电器。

AC220V电源输出给伺服放大器的动力信号是主机最终给定的，它的基本传输方向是由外部输入给定信号，将此信号传送到I/O集成块进行信号转换，再传送到主机里面进行识别和判断，主机一经确定其信号是可执行的，就给伺服反大器发出执行命令，最后由伺服放大器根据主机传送过来的指令来准确驱动各轴电动机的精确运行，同时相关保证电路也同时运行。

下图为AC220V用电器分配图及伺服电路。

图2—2 AC220V用电器分配图及伺服电路2. 3 AC110V 电路分配图AC110V电压的得到过程我们已经知道是经AC380V变成AC220V，再由AC220V 经过变压而得到的。

在数控铣床中，AC110V电压主要是作为接触器的线圈信号，由它来控制数控机床上的刀库电动机的运行和停止以及DC24V的输出导通开关，此外警示灯电源线也是用AC110V电源。

主机、I/O集成块以及操作面板显示器在总电源开启后是不得电的，它的得电控制信号是通过AC110V给继电器线圈通电，使继电器开关得电的情况下而导通的。

由此我们可以得到AC110V的电源走势图。

下图即为AC110V电源走势图。

图2—3 AC 110V 电源走势图分配情况上面分别介绍的AC380V的电源电压变压过程，AC220V电源电压的输出以及AC110V电压的分配情况，系统的介绍的数控铣床各个用电器的电源选择要求，从而基本了解了数控机床的工作控制原理，也知道了数控机床是怎么样的一个工作过程。

外部主要线路的布置都弄好后，也就代表着整台数控机床的硬件部分已经弄好了，现在我们就要求设计一个驱动软件来正确的指导硬件部分来工作，所以在后面的章节里我们来具体设计软件部分，在数空机床中，我们采用现代工业领域中最普遍运用的PLC控制系统来作为数控机床的控制软件，把它和硬件部分完美的结合起来，从而实现数控机床的正常可靠运行！第3章 PLC 控制系统的概论3.1 PLC 的概念在最初人们把逻辑控制的可编程控制器称为PLC，可编程控制器即简称为PLC。

它实质上是经过一次开发的工业计算机。

但是从另一方面来说，它是一种通用机，不经过二次开发，它就不能在任何具有的工业设备上使用。