设计开发
基于机床自动化设计的研究与分析
李之洋1李文伦2
(1.沈阳机床股份有限公司数控刀架分公司辽宁沈阳110142； 2.沈阳机床股份有限公司中捷钻续床厂辽宁沈阳110142)
与电
摘要：本文介绍了当前主流数控机床的硬件系统构或和软件端程技术。对数控机床自动控制的原理和设计方法进行了研究和分析，摘示数控机床的加工特点和应用技巧。
关键调：机床自动化设计系统分析
中图分类号：TP273 1引言
文献标识码：A
机床加工的水平和先进程度标志着一个国家机械加工的能力，是一个国家现代化重要标志之一，机床出现以来，主要经历了两大发展历程，一是普通机床，二是数控机床。数控机床不论是在自动化程度还是加工精度上，都远远高于普通机床。因此，当前数控机床已
经成为机械生产和加工的主要设备。 2数控系统发展状况
将计算机技术和普通机床加工设备融合在一起，具有高精度加工能力的机床即为数控机床。数控机床的发展是随着计算机控制技术的不断提高而进步的。目前按照自动控制系统划分数控机床的类别，市场上主要有四大类数控机床产品。第一类集成控制系统。这类控制系统都是集成的、封闭体系结构，主要包括数控装置CNC，交直流驱动系统、可编程控制器，位置控制系统、通信系统以及辅助控制系统等。由于该类数控系统功能齐全、种类繁多、适用性较强以及信价比高，因而很多机床设计、制造时首选这类控制装置，我国就有很多这类产品的用户，第二类是CNC+PC机的开放式数控系统该种产品提高了开放程度，CNC作为机床的直接控制装置，PC机将各种命令，数据进行传输，第三类PC+运动卡式的开放式数控系统这类产品完全采用PC机作为真正的控制核心，用户可以根据需要进行硬件结构设计并利用windows操作系统和高级编程软件进行开发。系统除了PC机外，比较重要的硬件是运动卡，它是对外控制间服系统的控制接口，第四类全软件型开放式数控系统。这种系统以PC机为控制核心，主要采用软件形式实现运动系统控制，是目前最新的机床数控系统。本文将以常用的集成控制系统的数控机床为
例，阐述机床自动化设计的方法和理念。 3机床自动化设计
数控自动化机床的设计主要包括硬件系统和系统软件。下面主要在这两个方面分析数控机床自动化设计的特点。
(1)硬件系统。数控机床和普通机床在这方面区别不大，但是在刀具转换装置、传感器系统、主轴及坐标轴伺服系统等硬件系统方面还是具有显著不同。数控机床的硬件装置更适用于自动化、智能的加工过程。首先，数控机床的刀具转换装置必须满足自动化控制的要求。普通机床一般为手动转位刀架，在加工过程中手动完成刀具的更换，数控机床一般选择自动转位刀架，刀架?由数控系统直接控制，实现刀架自动回转，加工时用程序自动选用不同刀具。该种刀架体积小，重复定位精度高，工艺性能可靠。其次，传感器系统是机
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图1PLC主轴控制程序
文章编号：1007-9416(2013)01-0132-01
床实现自动控制的主要信息采集部件。传感器系统包括位置、位移温度、速度、电流、电压等等多种传感器。这些传感器检测到的信息传送到数控机床的CNC和PLC内，再由CNC和PLC进行决策，输出控制信号，控制负载改变机床运行状态。由于数控机床具有众多的传感器元件，因此，相比普通机床主要靠人工检测、采集信息而言，自动化程度空前提高。很多操作由机床控制系统自动控制完成，无需人工参与，提高了自动化程度。最后，主轴及坐标轴伺服系统。般由CNC分配控制通道给PLC，再由PLC输出控制信号到变频器或电机驱动模块。例如工作台的X，Y轴，利用光栅尺实现全闭环控制，对工作台进行精确定位。通过外扩模拟量L/O点对高速变频器进行控制，实现四个主轴电机可以进行启停分开控制，转速同步控制。还包括X，Y轴进行两侧硬限位和软限位放的双重保护，这些控制自动实现，不要手工操作，因而大幅度提高加工的效率，
(2)软件编程。集成控制系统类的数控机床程序设计包括CNC程序和PLC程序。CNC主要完成数据分析以及计算、系统流程控制等工作，PLC程序实现机床主轴停止，转向和进给运动的启动和停止、刀库及换刀机械手控制、切削液开关、夹具定位等动作，进行特性次序控制等逻辑性控制。因此，机床自动化控制过程需要功能强大的软件支撑，下面以数控冲床为例的介绍CNC和PLC程序的编写。
数控冲床主要用于加工槽孔类工件，由于加工对象有很多形状，尺寸相同的孔槽，所以为提高加工效率，经常使用M98类指令，调用编写好的具体冲孔或槽的子程序。CNC指令如下：
主程序 O2346 M3S2000T101G0 X21. Z20.
M98P1000，第一次进入子程序Z30.:
M98P1000；第二次进入子程序 GO Z100. :
M30，结束程序回到程序开头，切楷子程序O1000GOX21.
GI X16. F0.05, X21.F.5,
M99，回到主程序
PLC程序一般采用梯形图编写。本文以三菱PLC为例，介绍冲床主轴控制过程和PLC程序编写。主轴控制主要包括主轴正反转控制，主轴转速控制（高，中、低三档)。主轴的速度选择取决于刀具快进，快退的动作情况。PLC控制程序如图1所示。
其中X401为启动控制触点，X403为急停控制触点。主轴正传由 X50控制，反转由X502控制，转速由Y534,Y531，Y535.Y533等控制。 4结语
本文详细介绍了有关机床自动化的硬件和软件两各部分的特点，对目前国内外有关产品进行了介绍和分析。本文提出的观点有
助于机床自动化加工操作人员提高操作技能和生产水平。参考文献
[1]李华军.基于PLC的数控机床电气控制筒析[J].现代制造技术与装备,2009(7).
[2]韩瑞宝.普通机床数控改造方法与设计探讨[J].科技创新与应用， 2012(12).