关于加工企业毕业论文

近年来，PLC在工业自动控制领域应用愈来愈广，它在控制性能、组机周期和硬件成本等方面所表现出的综合优势是其它工控产品难以比拟的。随着PLC技术的发展, 它在位置控制、过程控制、数据处理等方面的应用也越来越多。在机床的实际设计和生产过程中，为了提高数控机床加工的精度，对其定位控制装置的选择就显得尤为重要。永宏FBs系列PLC的NC定位功能较其它PLC更精准，且程序的设计和调试相当方便。本文提出的是如何应用永宏PLC的NC定位控制实现机床数控系统控制功能的方法来满足控制要求，在实际运行中是切实可行的。整机控制系统具有程序设计思路清晰、硬件电路简单实用、可靠性高、抗干扰能力强，具有良好的性能价格比等显著优点，其软硬件的设计思路可供工矿企业的相关数控机床设计改造借鉴。 2 数控机床组成结构及工作过程 本例数控机床由输入、输出装置、数控装置、可编程控制器、伺服系统、检测反馈装置和机床主机等组成，如图1所示。图1 数控机床组成机构图输入装置可将不同加工信息传递于计算机。在数控机床产生的初期，输入装置为穿孔纸带，现已趋于淘汰;目前，使用键盘、磁盘等，大大方便了信息输入工作。输出指输出内部工作参数(含机床正常、理想工作状态下的原始参数，故障诊断参数等)，一般在机床刚工作状态需输出这些参数作记录保存，待工作一段时间后，再将输出与原始资料作比较、对照，可帮助判断机床工作是否维持正常。数控装置是数控机床的核心与主导，完成所有加工数据的处理、计算工作，最终实现数控机床各功能的指挥工作。它包含微计算机的电路，各种接口电路、CRT显示器等硬件及相应的软件。可编程控制器对主轴单元实现控制，将程序中的转速指令进行处理而控制主轴转速;管理刀库，进行自动刀具交换、选刀方式、刀具累计使用次数、刀具剩余寿命及刀具刃磨次数等管理;控制主轴正反转和停止、准停、切削液开关、卡盘夹紧松开、机械手取送刀等动作;还对机床外部开关(行程开关、压力开关、温控开关等)进行控制;对输出信号(刀库、机械手、回转工作台等)进行控制。检测反馈装置由检测元件和相应的电路组成，主要是检测速度和位移，并将信息反馈于数控装置，实现闭环控制以保证数控机床加工精度。数控机床的工作过程如图2所示。图2 数控机床的工作过程框图数控加工的准备过程较复杂，内容多，含对零件的结构认识、工艺分析、工艺方案的制订、加工程序编制、选用工装及使用方法等。机床的调整主要包括刀具命名、调入刀库、工件安装、对刀、测量刀位、机床各部位状态等多项工作内容。程序调试主要是对程序本身的逻辑问题及其设计合理性进行检查和调整。试切加工则是对零件加工设计方案进行动态下的考察，而整个过程均需在前一步实现后的结果评价后再作后一步工作。试切成功后方可对零件进行正式加工，并对加工后的零件进行结果检测。前三步工作均为待机时间，为提高工作效率，希望待机时间越短越好，越有利于机床合理使用。该项指标直接影响对机床利用率的评价(即机床实动率)。 3 机床数控系统需要解决的几个问题 机床是由机械和电气两部分组成，在设计总体方案时应从机电两方面来考虑机床各种功能的实施方案，数控机床的机械要求和数控系统的功能都很复杂，所以更应机电沟通，扬长避短。机床控制系统选件、装配、程序编制及操作都应该比较合理，精度和稳定性都必须满足使用要求。同时为便于调试和检修，各项操作均设手动功能，如手动各轴快慢移动、主轴高低速旋转、切削液及润滑开关等。PLC按照逻辑条件进行顺序动作或按照时序动作，另外还有与顺序、时序无关的按照逻辑关系进行联锁保护动作的控制，PLC发展成了取代继电器线路和进行顺序控制的主要产品,在机床的电气控制中应用也比较普遍。 在实际控制中如何既能提高定位速度，同时又能保证定位精度是一项需要认真考虑并切实加以解决的问题。精度是机床必须保证的一项性能指标。位置伺服控制系统的位置精度在很大程度上决定了数控机床的加工精度。因此位置精度是一个极为重要的指标。为了保证有足够的位置精度，一方面是正确选择系统中开环放大倍数的大小，另一方面是对位置检测元件提出精度的要求。因为在闭环控制系统中，对于检测元件本身的误差和被检测量的偏差是很难区分出来的，反馈检测元件的精度对系统的精度常常起着决定性的作用。高精度的控制系统必须有高精度的检测元件作为保证。当现场条件发生变化时，系统的某些控制参数必须能作相应的修改，为满足生产的连续性，要求对控制系统可变参数的修改应在线进行。尽管使用编程器可以方便快速地改变原设定参数，但编程器一般不能交现场操作人员使用;所以，应考虑开发其他简便有效的方法实现PLC的可变控制参数的在线修改。另外为了防止电压过高损坏PLC，电源输入端加上压敏电阻。为了防止过热, PLC不许安装在变压器等发热元件的正上方，变频器与PLC、伺服驱动器等保持一定距离。在元件间留有适当的空隙，以便散热，并且在配电箱上安装风扇降温。此外，为保证控制系统的安全与稳定运行，还应解决控制系统的安全保护问题，如系统的行程保护、故障元件的自动检测等。 4 永宏FBs系列PLC的NC机床定位伺服控制系统分析 数控机床是一种高精度、高效率的自动化设备，提高数控机床的可靠性就显得尤为重要。可靠度是评价可靠性的主要定量指标之一，其定义为:产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率。对数控机床来说，这里的功能主要指数控机床的使用功能，例如数控机床的各种机能，伺服性能等。数控机床的功能部件对机床的功能扩展和性能的提升起着极为重要的作用，因此，它不同于一般配套件和附件的选用，不仅须与数控机床的整体结构谐和协调，融入整机系统具有最佳的匹配性能，而且还能很好地彰显出该数控机床的个性化特征。用于高速化的数控系统不能仅是提高数据处理能力，而是应具备热误差补偿单元以及能实现速度前瞻控制、位置环前馈控制和加减速平稳控制等先进控制技术的功能。所以必须选择稳定可靠的控制单元才能保证数控机床正常高效运行。 鉴于以上各项要求，笔者采用台湾永宏电机股份有限公司的FBs-44MN PLC作为该机床控制主单元，该型机具有较高的性价比，体积小，使用起来非常方便，接线简捷。其编程软件WinProladder有梯形图大师之称，易学易用且功能强大，编辑、监视、除错等操作非常顺手，按键、鼠标并用及在线即时指令功能查询与操作指引，使编辑、输入效率倍增。同时配以人机界面进行程序参数修改、设定以及运行状态显示监控，可编程设置人机界面的内容。该控制系统具有可靠性高，价格便宜，结构紧凑等特点，非常适合机床的控制要求，具体控制思路如图3所示。图3 采用永宏PLC FBs-44MN 的NC 机床定位电气控制系统图可编程逻辑控制器是该机床各项功能的逻辑控制中心，集成于数控系统中，主要是指控制软件的集成化，而PLC硬件则在规模较大的系统中往往采取分布式结构。由图3可以看出，系统控制中心采用永宏PLC FBs-44MN控制，并配以人机界面进行程序参数修改、设定，以及运行状态显示监控，可编程设置人机界面的内容。三轴均为全数字交流伺服系统，各轴伺服电机通过连轴器带动滚珠丝杠，以移动配有直线导轨的工作台和主轴铣头，其定位准确，速度快。主轴铣头由变频器控制，根据刀具及工件和进给量，来设置主轴合理的转速，并在程序中设定它的启动停止。各轴均设二端极限传感器和原点传感器，冷却和润滑也都有异常检测，在报警灯和人机界面处显示报警信息由光栅、感应同步器等位置检测装置测得的实际位置反馈信号，随时与给定值进行比较，将两者的差值放大和变换，驱动执行机构，以给定的速度向着消除偏差的方向运动，直到给定位置与反馈的实际位置的差值等于零为止。闭环进给系统在结构上比开环进给系统复杂，成本也高，对环境室温要求严。设计和调试都比开环系统难。但是可以获得比开环进给系统更高的精度，更快的速度，驱动功率更大的特性指标。早期使用一般电机作为定位控制，由于速度不快、或者精度要求不高，所以足够应对所需场合;当机械运转为了获取效率而将速度加快时，当产品质量、精度要求越来越高时，电机停止位置的控制就不是一般电机所能达到的了。解决这一问题的最佳方法是采用NC定位控制配合步进或伺服电机作定位控制。但在过去，由于它的价格很高，而限制了它使用的普遍性，近年来由于技术的发展及成本的降低，其价位已被用户所接受，使用数量也越来越多。为配合这一趋势，永宏PLC FBs系列将目前市面上专用的NC定位控制器功能整合在PLC内部SoC芯片内，除了免掉PLC与专用NC 定位控制器之间复杂的数据交换与连结程序外，更大幅降低整体成本，为用户提供一种价廉物美、简单方便的PLC整合NC定位控制的方案。永宏PLC FBs-44MN内部的SoC芯片含有多轴高速脉冲输出以及高速硬件计数器，并且提供简易使用和设计的定位程序编辑，对于这方面的应用，更是如虎添翼、如鱼得水、得心应手了。PLC结合伺服驱动器所构成的NC闭环回路控制系统中，PLC负责发送高速脉冲命令给伺服驱动器，除了装在伺服电机的位移检测信号直接反馈到伺服驱动器外，外加位移检测器装在传动机构之后，真正反映实际位移量，并将此信号反馈到PLC 内部的高速硬件计数器，这样就可作更精确的控制，并且可避免上述半闭环回路的缺点。永宏PLC FBs系列的定位功能将市面上专用NC定位控制器整合在PLC内，使PLC与NC控制器能共享相同的数据区，而不需要作两个系统之间的数据交换与同步控制等复杂的工作，但仍可用一般常用的NC 定位控制指令(例如DRV、SPD…等)。PLC控制4轴的定位工作，并可作多轴同动控制，除了提供点对点的定位速度控制，还提供了各轴间直线插补功能。当系统应用超过4轴时还可利用永宏PLC的CPU LINK功能达到更多的定位运动控制。数控机床对位置系统要求的伺服性能包括:定位速度和轮廓切削进给速度;定位精度和轮廓切削精度;精加工的表面粗糙度;在外界干扰下的稳定性。这些要求主要取决于伺服系统的静态、动态特性。对闭环系统来说，总希望系统有较高的动态精度，即当系统有一个较小的位置误差时，机床移动部件会迅速反应。在数控机床的加工中，伺服系统为了同时满足高速快移和单步点动，要求进给驱动具有足够宽的调速范围。 单步点动作为一种辅助工作方式常常在工作台的调整中使用。伺服系统最高速度的选择要考虑到机床的机械允许界限和实际加工要求，高速度固然能提高生产率，但对驱动要求也就更高。此外，从系统控制角度看也有一个检测与反馈的问题，尤其是在计算机控制系统中，必须考虑软件处理的时间是否足够。全闭环伺服系统是将位置检测元件置于被测坐标轴的终端移动部件上，以检测机械传动链中螺距误差、间隙及各种干扰所造成的传动误差，并进行反馈补偿控制，从而提高机床的位置控制精度。在全闭环伺服控制系统中，对位置检测元件和反馈元件的选择很关键。感应同步器具有精度高、重复性好、抗干扰能力强，耐油耐污及维护简单等优点，特别适合于高精度全闭环数控机床的工作场合。数控机床要求具备稳定性、快速性和准确性，而大型数控机床的机械传动装置转动惯量较大，固有频率低，要使其大大高于系统截止频率很困难，全闭环包括了该进给系统轴几乎所有不稳定的非线性因素，调整不当很容易使机床产生抖动现象。 因此数控机床全闭环伺服系统在保证快速性的基础上主要是解决机床进给运动的稳定性而获得比半闭环伺服系统高的位置精度。伺服电机的编码器将位移检测信号反馈到伺服驱动器，驱动器将输入信号的脉冲频率和脉冲数与回馈信号的频率和脉冲数，经内部的偏差计数器与频率转电压电路处理后，得到脉冲偏差值与转速误差值，这样使控制伺服电机实现高速、精密的速度与位置闭环回路处理系统。伺服电机的转速与输入信号的脉冲频率成正比，而电机的移动量则由脉冲数决定。图4是PLC控制下的伺服电机工作示意图。图4 数控机床伺服电机工作示意图5 相关程序设计与操作 PLC通过编程器输入程序，达到控制目的。由于PLC工作过程是循环，所以程序执行速度很快。另外软件故障检测设计在采用硬件设计的基础上采用软件检测外部行程开关状态，当行程开关失灵后，通过程序控制停止机床的运行，有效地减少了机床因元件失灵造成的事故。 图5是使用编程软件WinProladder编辑定位程序参数设定指令图，图6是具体操作加工程序图。图5 定位程序参数设定指令图图6 加工程序图6 结束语 我国是一个机床生产和应用大国，但数控技术的应用水平还不高，严重制约着我国制造业水平的提高。国际上的相关开发计划对我国的数控技术的发展提出了严峻的挑战，同时也带来了机遇。只有选择合适的PLC才能使定位达到预期的效果。永宏FBs系列PLC的NC定位功能在机床数控系统设计中占有重要的地位，该机床经过长期运行表明，整个系统设计合理，控制精度高，运行可靠，提高了生产的自动化水平，减小了操作人员的劳动强度。 由于采用了PLC控制，使电气部分的抗干扰能力增加，提高了机床的运行可靠性，因而增加了设备的柔性，提高了设备的使用效率。

关于数控机床加工精度高的误解(原创) 从事CNC机床设计也有一段时候了,发觉不少机械从业人员甚至专业工程技术人员对数控机床的加工精度存在不小的误解,在生产中常能听到这个是用某某数控机床加工出来的,精度如何如何,其实是不科学的,作为专业的技术人员,在下觉得有必要说明下数控的精度是不是真的如传说中那样神忽其神,还是另有隐情。 那么所谓命题就在于数控机床的加工精度好是不是事实。。。在下的愚见是：是事实，但是不完全的事实。 首先，我们要搞清楚何谓精度。通常机械加工上的精度指的主要是四点：1、尺寸公差 2、形状度公差 3、位置度公差 4、表面光洁度（至于其他最大实体尺寸之流其实是近年才出现的概念，可参考本科教材，这些概念，在公差的教学中是提到的，而且他举例时花键的标注是用到这些概念的；但你参看《机械设计课程设计》以及《机械实用设计手册》他在花键的标注中没有使用到这些概念，可见其实他是可用可不用的锦上添花型概念。新手可能觉得奇怪，怎么可能呢？实际上机械中有很多概念都可以互换的，比如说平行度公差，也可以说成两个面同时对和他们垂直的面有处置度公差。） 回到精度问题上，既然现在搞清楚精度的概念，下个问题就是数控机床是否这些精度做的好呢。首先，要搞清楚数控机床的特点。数控机床，其实就是把数控系统（NC）装在机床上，所以叫CNC。我国很多好机床数控化改装的就是把普通机床装上数控装置和饲服系统就改装成功了（当然做的考究点的会加滚珠丝杆，提高下主轴轴承精度啊，但根据偶的经验其实机械部分的精度提高对整床加工精度提高影响不多，因为刀具的影响，这个以后再说）。那么加数控装置和饲服系统提高了什么精度呢？位置度公差！！！对其他公差等级的提高有帮助吗？我研究下来的结果是没有！！！！ 这就是我要阐述的第一个观点，那就是CNC机床的核心（也就是人们最神化的）数控装置和饲服系统提高的就是机床加工的位置度公差（其实整个数控机床比普通机床提高的主要也是这个，以后会说到）。因为你想想数字控制提高的是什么，是刀具或则工作台在进给是走的准确度，位置走的准了位置度公差也就提高了。但他能提高其他公差吗？不可能，你位置走准了就能提高表面光洁度吗？没门啊，光洁度是什么保证的，一是刀具，二是机床刚性好，震动下，你装了数控装置和饲服系统能改善他们啊，不能啊，无论数控车床还是镗铣床甚至加工中心是不可能做到磨床的表面光洁度的。 而形状度公差也一样啊，所谓形状度公差就是他这个平面做的平不平，圆做的圆不圆，那时靠工作台的位置准保证的了的吗，不可能啊，他归根结底靠的是你表面做得光洁啊，你想表面不光，平面怎么可能平呢。 至于尺寸公差，那更是没关系拉，高精度的尺寸公差其实就是靠机床机械部分的精度保证的，与电气上的控制（在高精度加工时）没有关系,所以你看一般介绍数控机床的加工精度是,也就是统称的1丝,要知道这个公差你仪表车床也能做到,磨床更是随便搞搞啊。 也许有人要质疑，说数控机床主轴部件和主轴支承旋转精度高,刚性好,进给传动采用滚珠丝杆,且通过加预紧力消除方向间隙,所以机械部分精度高。那在下可以告诉你，一、机械部分精度的提高与电器无关，换而言之任何机床这样做都能提高精度何必非数控不可。二、其实这些对机床的光洁度以及形状度公差影响不大，因为精加工，关键是金属切削，而切削的最后一环在于刀具，磨床之所以精度高就在于砂轮和刀具存在本质上的区别，这个区别所造成的质量差异绝不是你提高下传动链精度所能够改观的，就好比再厉害在强壮的老虎能吃的了象吗？不可能，他也是老虎，最多老虎中厉害点，不可能变成象的；也就是说，你数控的车床、镗床甚至加工中心之流是都不可能做出磨床的品质，如光洁度、形状度等等。 说了这么多，恐怕有人要说在下反对先进生产了。不是的，在下写本文是希望各位能了解到什么是数控机床最适宜加工的零件，其实最典型的就是类似变速箱箱体这样有多个孔的孔系类零件，而其中各个孔之间都存在位置度公差关系的零件，而箱体无论是孔还是安装基准面其实它的表面光洁度以及圆度平面度公差要求都不是很高，一般的精铣精镗都可做到，这样就可以发挥数控机床加工位置度公差高的特点，而且由于编程后不需改变，加工效率也很高。反之，某些工件，加工曲线很简单，表面光洁度的要求较高（要上磨床），又没有特殊位置度要求的（如减速箱的轴），就根本没必要上数车，那才叫劳命伤财，得不偿失呢． 工艺是一件复杂而严肃的事情，是科学的事，可是现在不少工艺员知识不多，还不负责任，动则数控机床、加工中心，是的，这些先进的设备是使现在的加工变得方便了许多，许多传统机械中的技术如样板等由于这些技术的出现已不需要了；但事情都有双向性，若一味强调简单而依赖数控，势必造成零件生产成本的高涨，要知道数控的设备价格是很贵的，远超普通设备；数控加工人员的学历一般是专科以上，人力成本也是高的；数控机床的功率及主轴转速远高于普通机床，机床运行的成本也是惊人的。 所以我的意见是，我们生产中做工艺要尽量避免设备使用的成本提高，在同样条件下一定应该选取成本小的加工方法，因为企业是赢利为目的的，那些叫嚣不计成本的是自欺欺人的书呆子看法，是不切实际的。所以切不可把数控当万宝全书，动则加工中心，这样对企业的发展、产品的成熟、市场的推广都是不利的，数控应该实实在在成为生产过程中的一把尖刀（好钢用在刀刃上），而不应该像不少公司那样成了工艺偷懒的代名词或抬高身价的名片，那才是机械业从业者的悲哀 我原创的，够实力吧!!!