1、毕业设计（论文）设计（论文）题目：基于立式加工中心的数控设计重庆邮电大学本科毕业设计（论文）I摘 要数 控 技 术 作 为 现 代 制 造 业 的 核 心 技 术 之 一 ， 在 各 行 各 业 得 到 了 广 泛 的 应用 ， 在 机 械 制 造 行 业 当 中 ， 数 控 加 工 中 心 由 于 可 以 以 较 高 的 精 度 实 现 多 工 种 加工 已 经 成 为 现 代 机 械 制 造 业 中 不 可 缺 少 的 加 工 设 备 。 本 文 在 选 用 三 菱 公 司 的PLC 及 M64S 数 控 系 统 的 基 础 上 ， 设 计 了 立 式 加 工 中 心 的 CNC 数 控
2、系 统 的 硬 件外 围 电 路 ， 同 时 利 用 三 菱 公 司 的 DX-developer 开 发 工 具 进 行 了 PLC 梯 形 图编 程 和 仿 真 。 本 文 主 要 从 硬 件 电 路 和 PLC 程 序 两 大 部 分 来 撰 写 ， PLC 程 序 又包 括 程 序 的 编 写 和 仿 真 ， 这 是 本 论 文 最 重 要 的 部 分 ， 其 中 PLC 控 制 程 序 又 是本 次 毕 业 设 计 的 难 点 ， 分 别 在 第 三 章 和 第 四 章 。【 关 键 词 】 M64S 数 控 系 统 加 工 中 心 PLC 梯 形 图 I/O 接 口 电 路重庆邮电
3、大学本科毕业设计（论文）IIABSTRACTIn todays machinery manufacturing developing process, the CNC technology is one of the core technologies. CNC Machining Center has become a modern control indispensable processing equipment, To meet the needs of machining accuracy regardless of the structure or mechanical contr
4、ol system is a very high demand CNC systems with high reliability and precision by a wide range of users of all ages. Based on Mitsubishi M64S NC system for the processing center, I introduced processing center structure, NC system specifications, and PLC selection, then use relative materials of Mi
5、tsubishi M64S numerical control system to design Vertical Machining Centers main circuit, controlling circuit and private servers circuit. And design corresponding PLC procedure simultaneously. Finally, we use DX-developer to edit PLC and emulate. In this paper, I write it in two parts: the hardware
6、 circuits and PLC programs. And PLC program includes procedures for the preparation and simulation, which is the most important part of this thesis. Whats more, PLC control program is one difficult part of this research, and it is discussed in Chapter III and IV respectively.【Keywords】 M64S numerica
7、l control system machining centre control program circuitry重庆邮电大学本科毕业设计（论文）III目 录前 言 .1第一章 CNC 数控系统概述 .2第一节 CNC 数控系统相关介绍 .2一、CNC 数控基本概念 .2二、数控系统的组成 .3三、数控加工中心的优缺点 .4四、数 控 技 术 发 展 回 顾 及 未 来 发 展 趋 势 .5第二节 PLC 的选型 .6一、输入输出（I/O）点数的估算 .6二、存储器容量的估算 .6三、控制功能的选择 .6四、机型的选择 .8五、冗余功能的选择 .9六、经济性的考虑 .9第 三 节 数 控
8、系 统 介 绍 .9一、三菱数控产品简介 .9二、三菱 M64S 数控系统简介 .10第四节 本章小结 .13第二章 立式加工中心电气原理图设计 .14第 一 节 数 控 加 工 中 心 设 计 概 述 .14第 二 节 数 控 加 工 中 心 主 回 路 /电 气 控 制 回 路 .16一、主 回 路 /电 气 控 制 回 路 简 述 .16二、主 回 路 /电 气 控 制 回 路 图 .16第 三 节 本 章 小 结 .19第 三 章 数 控 加 工 中 心 PLC 控 制 程 序 设 计 .20第 一 节 三 菱 数 控 系 统 软 件 配 置 .20一、信号流程简述 .20二、信号流程
9、图 .20第二节 数控加工中心输入输出信号地址 .22第三节 数控加工中心 PLC 控制程序设计步骤 .27第 四 节 数 控 加 工 中 心 PLC 控 制 程 序 说 明 .28一 、 加 工 中 心 方 式 选 择 .28二 、 加 工 中 心 定 时 器 程 序 .32三 、 进 给 轴 工 作 状 态 选 择 .33四 、 加 工 中 心 进 给 轴 运 动 方 向 指 示 灯 程 序 .34五 、 加 工 中 心 手 轮 选 择 及 其 倍 率 设 定 .35第五节 本章小结 .40第四章 M64S 数控系统仿真 .41第一节 GX Developer 软件使用说明 .41一、GX
10、 Developer 软件的安 装 .41二、GX Developer 软件的开启步骤与设定 .41重庆邮电大学本科毕业设计（论文）IV三、GX Developer 软件的编程操作说明 .42第二节 PLC 程序的仿真 .44一 、 PLC 控 制 程 序 的 传 输 .44二、仿真结果 .44第三节 本章小结 .46结 论 .47致 谢 .49参 考 文 献 .50附录 .51一、英语资料原文 .51二、英语原文翻译 .59重庆邮电大学本科毕业设计（论文）1前 言数 控 系 统 是 现 代 制 造 系 统 的 重 要 支 柱 之 一 ， 然 而 数 控 机 床 又 是 现 代 机 械制 造
11、技 术 不 可 缺 少 的 设 备 ， 它 的 核 心 是 数 控 系 统 。 本 章 针 对 数 控 技 术 、 数 控机 床 、 数 控 系 统 的 概 念 及 发 展 情 况 做 简 要 的 介 绍 ,同 时 也 简 要 介 绍 关 于 PLC选型 的 方 法 。 近年来由于数控机床的快速发展，国外交直流系统数字化已经达到实用阶段。当今的计算机行业高速发展，并且计算机行业已经基本成熟，所以数控还是以PC为基础，开发以PC为基础的控制器，这样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，因此，在其机械行业获得了越来越广泛的应用。重庆邮电大学本科毕业
12、设计（论文）2第一章 CNC 数控系统概述第一节 CNC 数控系统相关介绍一、CNC 数控基本概念1、数控技术数 控 技 术 是 利 用 数 字 化 的 信 息 对 机 床 运 动 及 加 工 过 程 进 行 控 制 的 一 种 方 法 。是 指 用 数 字 、 文 字 和 符 号 组 成 的 数 字 指 令 来 实 现 一 台 或 多 台 机 械 设 备 动 作 控 制的 技 术 。 它 所 控 制 的 通 常 是 位 置 、 角 度 、 速 度 等 机 械 量 和 与 机 械 能 量 有 关 的开 关 量 。 数 控 的 产 生 依 赖 于 数 据 载 体 和 二 进 制 形 式 数 据
13、运 算 的 出 现 。 1908 年 ，穿 孔 的 金 属 薄 片 互 换 式 数 据 载 体 问 世 ； 19 世 纪 末 ， 以 纸 为 数 据 载 体 并 具 有 辅助 功 能 的 控 制 系 统 被 发 明 ； 1938 年 ， 香 农 在 美 国 麻 省 理 工 学 院 进 行 了 数 据 快速 运 算 和 传 输 ， 奠 定 了 现 代 计 算 机 ， 包 括 计 算 机 数 字 控 制 系 统 的 基 础 。 数 控 技术 是 与 机 床 控 制 密 切 结 合 发 展 起 来 的 ， 1952 年 ， 第 一 台 数 控 机 床 问 世 ， 成 为世 界 机 械 工 业 史 上
14、 一 件 划 时 代 的 事 件 ， 推 动 了 自 动 化 的 发 展 。 如 今 ， 数 控技 术 也 叫 计 算 机 数 控 技 术 ， 目 前 它 是 采 用 计 算 机 实 现 数 字 程 序 控 制 的 技 术 。 这种 技 术 用 计 算 机 按 事 先 存 贮 的 控 制 程 序 来 执 行 对 设 备 的 控 制 功 能 。 由 于 采 用 计算 机 替 代 原 先 用 硬 件 逻 辑 电 路 组 成 的 数 控 装 置 ， 使 输 入 数 据 的 存 贮 、 处 理 、 运算 、 逻 辑 判 断 等 各 种 控 制 机 能 的 实 现 ， 均 可 以 通 过 计 算 机 软
15、 件 来 完 成 。2、数控系统数 控 是 数 字 控 制 （ Numerical Control NC） 的 简 称 。 数 控 系 统 包 括 ： 数控 装 置 、 可 编 程 控 制 器 、 主 轴 驱 动 器 及 进 给 装 置 等 部 分 。 从 广 义 上 讲 ， 是 指利 用 数 字 化 信 息 实 行 控 制 ， 也 是 利 用 数 字 控 制 技 术 实 现 的 自 动 控 制 系 统 ， 其 被控 对 象 可 以 是 各 种 生 产 过 程 。 从 狭 义 上 理 解 ， 就 是 利 用 数 字 化 信 息 对 机 床 轨 迹和 状 态 实 行 控 制 ， 例 如 数 控
16、车 床 、 数 控 铣 床 、 数 控 线 切 割 机 床 、 数 控 加 工 中 心等 。 随 着 自 动 控 制 理 论 、 电 子 技 术 、 计 算 机 技 术 、 精 密 测 量 技 术 和 机 械 制 造 技术 的 发 展 ， 数 控 技 术 正 朝 着 高 速 度 、 高 精 度 、 智 能 化 、 开 放 型 以 及 高 可 靠 性 等方 向 迅 速 发 展 。重庆邮电大学本科毕业设计（论文）33、数控机床数 控 系 统 与 被 控 机 床 本 体 的 结 合 体 称 为 数 控 机 床 。 国 际 信 息 处 理 联 盟（ International Federation O
17、f Information Processing） 第 五 技 术 委 员 会 对 数 控机 床 做 出 如 下 定 义 ： 数 控 机 床 是 一 个 装 有 程 序 控 制 系 统 的 机 床 ， 该 系 统 能 够 逻辑 的 处 理 使 用 代 码 ， 或 其 他 符 号 编 码 指 令 规 定 的 程 序 。 也 就 是 说 ， 数 控 机 床 是一 种 采 用 计 算 机 ， 利 用 数 字 信 息 进 行 控 制 的 高 效 、 能 够 进 行 自 动 化 加 工 的 机 床 ，它 能 够 按 照 机 床 规 定 的 数 字 化 代 码 ， 把 各 种 机 械 位 移 量 、 工
18、艺 参 数 、 辅 助 功 能表 示 出 来 ， 经 过 数 控 系 统 的 逻 辑 处 理 和 运 算 ， 发 出 各 种 控 制 指 令 ， 实 现 要 求 的机 械 动 作 ， 自 动 完 成 零 件 加 工 任 务 。 所 以 ， 数 控 机 床 是 一 种 灵 活 性 很 强 、 技 术密 集 型 及 自 动 化 程 度 很 高 的 机 电 一 体 化 加 工 设 备 。二、数控系统的组成数 控 系 统 一 般 由 输 入 /输 出 装 置 、 数 控 装 置 、 伺 服 系 统 （ 驱 动 控 制 装 置 ） 、机 床 电 器 逻 辑 控 制 装 置 所 组 成 ， 机 床 本 体
19、 为 被 控 对 象 ， 它 的 结 构 框 图 如 图1.1 所 示 ：1、输入装置/ 输 出 装 置图 1.1 数控系统结构框图输 入 装 置 将 数 控 加 工 程 序 等 各 种 信 息 输 入 数 控 装 置 ， 输 入 的 内 容 及 数 控 系统 的 工 作 状 况 可 以 通 过 输 出 装 置 进 行 观 察 。 现 在 数 控 系 统 主 流 的 输 入 /输 出 装置 有 磁 盘 驱 动 器 、 通 讯 网 络 接 口 、 LCD 及 各 种 显 示 器 件 等 。2、 数 控 装 置数 控 装 置 是 数 控 系 统 的 核 心 。 它 的 主 要 功 能 是 ： 正
20、确 识 别 和 解 释 数 控 加 工程 序 ， 对 解 释 结 果 进 行 各 种 数 据 计 算 和 逻 辑 判 断 处 理 ， 完 成 各 种 输 入 、 输 出 任务 。 其 形 式 可 以 是 由 数 字 逻 辑 电 路 构 成 的 专 用 硬 件 数 控 装 置 或 计 算 机 数 控 装 置 。前 者 称 为 硬 件 数 控 装 置 ， 或 NC 装 置 ， 其 数 控 功 能 有 硬 件 逻 辑 电 路 实 现 ； 后 者称 为 CNC 装 置 ， 其 数 控 功 能 有 硬 件 和 软 件 共 同 实 现 。 数 控 装 置 将 数 控 加 工 程重庆邮电大学本科毕业设计（论
21、文）4序 按 两 类 控 制 信 息 分 别 输 出 ： 一 类 是 连 续 控 制 量 ， 送 往 驱 动 控 制 装 置 ； 另 一 类是 离 散 的 开 关 控 制 量 ， 送 往 机 床 电 器 逻 辑 控 制 装 置 。3、 伺 服 系 统伺 服 系 统 (驱 动 控 制 单 元 )位 于 数 控 装 置 和 机 床 本 体 之 间 ， 包 括 进 给 轴 伺 服驱 动 装 置 和 主 轴 伺 服 驱 动 装 置 。 进 给 轴 伺 服 驱 动 装 置 由 位 置 控 制 单 元 、 速 度 控制 单 元 、 电 动 机 和 测 量 反 馈 单 元 等 部 分 组 成 ， 它 按 照
22、 数 控 装 置 发 出 的 位 置 命 令和 速 度 控 制 命 令 正 确 驱 动 机 床 受 控 部 件 的 移 动 。 主 轴 驱 动 装 置 主 要 由 速 度 控 制单 元 组 成 。4、 机 床 电 器 控 制 装 置机 床 电 器 控 制 装 置 位 于 数 控 装 置 和 机 床 之 间 ， 接 受 数 控 装 置 发 出 的 开 关 命令 ， 主 要 完 成 机 床 主 轴 选 速 、 起 停 和 方 向 控 制 信 号 ， 换 刀 功 能 ， 工 件 装 夹 功 能冷 却 、 液 压 、 气 动 、 润 滑 系 统 控 制 功 能 以 及 机 床 其 他 辅 助 功 能
23、。 其 形 式 可 以 是继 电 器 控 制 线 路 或 可 编 程 逻 辑 控 制 器 (PLC)。根 据 不 同 的 加 工 方 式 ， 机 床 本 体 可 以 是 车 床 、 铣 床 、 钻 床 、 磨 床 、 镗 床 、加 工 中 心 及 电 加 工 机 床 等 。 与 传 统 的 普 通 机 床 相 比 ， 数 控 机 床 本 体 的 外 部 造 型 、整 体 布 局 、 传 动 系 统 、 刀 具 系 统 及 操 作 机 构 等 方 面 都 应 该 符 合 数 控 的 要 求 。数 控 机 床 还 配 有 各 种 辅 助 装 置 ， 其 作 用 是 配 合 机 床 完 成 对 工
24、件 的 加 工 。 如切 削 液 或 油 液 系 统 中 的 冷 却 或 过 滤 装 置 ， 油 液 分 离 装 置 ， 吸 尘 吸 雾 装 置 、 润 滑装 置 及 辅 助 主 机 实 现 传 动 和 控 制 的 气 动 、 液 动 装 置 等 。 除 上 述 通 用 辅 助 设 备 外 ，从 目 前 数 控 机 床 技 术 现 状 看 ， 至 少 还 有 五 类 辅 助 装 置 是 数 控 机 床 应 该 配 备 的 ：对 刀 仪 、 自 动 编 程 机 、 自 动 排 屑 机 、 物 料 储 运 及 上 下 料 装 置 和 交 流 稳 压 电 源 。现 代 数 控 系 统 采 用 可 编
25、 程 逻 辑 控 制 器 （ PLC） 取 代 了 传 统 的 机 床 电 器 逻 辑控 制 装 置 ， 即 继 电 器 控 制 线 路 ， 用 PLC 控 制 程 序 实 现 数 控 机 床 的 各 种 继 电 器控 制 逻 辑 。 PLC 可 位 于 数 控 装 置 之 外 ， 称 为 独 立 型 PLC； 也 可 以 与 数 控 装 置合 为 一 体 ， 称 为 内 装 型 PLC。三、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
26、 会 发 展 所 淘 汰 ， 证 明 它 有 许 多 优 点 ， 而 且它 的 优 点 是 无 可 取 代 的 。 加 工 中 心 具 有 精 度 高 、 定 位 准 确 、 多 工 种 加 工 、 对操 作 者 的 技 术 要 求 低 、 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 。重庆邮电大学本科毕业设计（论文）5四、数 控 技 术 发 展 回 顾 及 未 来 发 展 趋 势1、 数 控 （ NC） 阶 段 （ 1952-1970 年 ）早 期 的 计 算 机 运 算 速 度 低 ， 这 对
27、 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 (HARD-WIRED 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
28、 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 。2、 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
29、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 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
30、 通 过多 处 理 器 结 构 来 解 决 相 应 的 问 题 。 由 于 微 处 理 器 是 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 。3、 未 来 的 发 展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
