【畢業(yè)設(shè)計(jì)精品】基于FANUC數(shù)控機(jī)床的操作界面的PMC程序設(shè)計(jì)

1、目錄摘要1一、緒論21.數(shù)控技術(shù)22.數(shù)控機(jī)床專用 PLC 2二、機(jī)床數(shù)控化改造31.數(shù)控機(jī)床操作面板32.操作面板及I/O分配43.選擇PMC的型號(hào)，并分配地址5三、操作面板部分梯形圖81.控制梯形圖82.PMC調(diào)試及PC與PMC的通信方法9四、小結(jié)10參考文獻(xiàn)11前言本文闡述了數(shù)控機(jī)床操作面板的PLC實(shí)現(xiàn)方法和思路設(shè)計(jì)，以TK7460數(shù)控銑床為例，闡述了基于FANUC-oi系統(tǒng)的操作面板的各個(gè)功能的作用、硬件的連接和參數(shù)設(shè)置，以及PLC的梯形圖及通信方法，同時(shí)本文還對(duì)提供了機(jī)床的英文的資料進(jìn)行了翻譯。數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)的使能技術(shù)和最基本的裝備。世界各國信息產(chǎn)業(yè)、

2、生物產(chǎn)業(yè)、航空、航天等國防工業(yè)廣泛采用數(shù)控技術(shù)，以提高制造能力和水平，提高對(duì)市場的適應(yīng)能力和競爭能力。工業(yè)發(fā)達(dá)國家還將數(shù)控技術(shù)及數(shù)控裝備列為國家的戰(zhàn)略物資，不僅大力發(fā)展自己的數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)，而且在“高精尖”數(shù)控關(guān)鍵技術(shù)和裝備方面對(duì)我國實(shí)行封鎖和限制政策。因此大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進(jìn)制造技術(shù)已成為世界各發(fā)達(dá)國家加速經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。 FANUC數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用越來越廣泛，F(xiàn)ANUC數(shù)控系統(tǒng)的優(yōu)越性表現(xiàn)越來越廣泛。FANUC 數(shù)控系統(tǒng)以其高質(zhì)量、低成本、高性能,得到了廣大用戶的認(rèn)可,并得以大量使用, 就其系統(tǒng)本身而言,經(jīng)受了連續(xù)長時(shí)間的工作考驗(yàn),故障率較低。而故障多發(fā)

3、于外圍行程、限位開關(guān)等外圍信號(hào)檢測(cè)電路上。2.數(shù)控機(jī)床專用 PLC可編程控制器(PLC)是將繼電器控制的概念和設(shè)計(jì)思想與計(jì)算機(jī)技術(shù)及微電子技術(shù)相結(jié)合而形成的專門從事邏輯控制的微機(jī)系統(tǒng)，梯形圖是PLC的程序主要表達(dá)方式之一，在工業(yè)上最為普級(jí)的控制器，它原以是來代替繼電器控制回路的，發(fā)展到今天出現(xiàn)了通訊、模擬、運(yùn)算、等功能，它的優(yōu)點(diǎn)是：控制穩(wěn)定、操作簡單、編程效率高等優(yōu)點(diǎn)； 在PLC系統(tǒng)應(yīng)用中，梯形圖的設(shè)計(jì)往往是最主要的問題。梯形圖不但沿用和發(fā)展了電氣控制技術(shù)，而且其功能和控制指令已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過電氣控制范疇。它不僅可實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算，還具有算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信等功能，是具有工業(yè)控制指令的微機(jī)系統(tǒng)。

4、由于梯形圖的設(shè)計(jì)是計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)與電氣控制設(shè)計(jì)思想結(jié)合的產(chǎn)物，因此，在設(shè)計(jì)方法上與計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)和電氣控制設(shè)計(jì)既有著相同點(diǎn)，也有著不同點(diǎn)。對(duì)開關(guān)量控制系統(tǒng)梯形圖的設(shè)計(jì)，常用的有以下幾種常用方法。(1) 替代設(shè)計(jì)法 ：所謂替代設(shè)計(jì)法，就是用PLC機(jī)的程序，替代原有的繼電器邏輯控制電路。(2) 邏輯代數(shù)設(shè)計(jì)法 ：由于電氣控制線路與邏輯代數(shù)有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，因此對(duì)開關(guān)量的控制過程可用邏輯代數(shù)式 表示、分析和設(shè)計(jì)。利用這種方法設(shè)計(jì)，最大的特點(diǎn)是可以把很多的邏輯關(guān)系最簡化。當(dāng)然出于可靠和安全性角度考慮的冗余設(shè)計(jì)是另外一個(gè)問題。 (3)程序流程圖設(shè)計(jì)法 ：

5、PC采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，其程序設(shè)計(jì)同樣可遵循軟件工程設(shè)計(jì)方法，程序工作過程可用流程 圖表示。由于PC的程序執(zhí)行為循環(huán)掃描工作方式，因而與計(jì)算機(jī)程序框圖不同點(diǎn)是，PC程序框圖在進(jìn)行輸出刷新后，再重新開始輸入掃描，循環(huán)執(zhí)行。(4)功能模塊設(shè)計(jì)法:根據(jù)模塊化設(shè)計(jì)思想，可對(duì)系統(tǒng)按控制功能進(jìn)行模塊劃分，依次對(duì)各控制的功能模塊設(shè)計(jì)梯 形圖。當(dāng)然，在設(shè)計(jì)中要注意模塊之間的互相影響時(shí)、時(shí)序關(guān)系，以及聯(lián)鎖指令的使用條件。同一種控制功能可有不同的軟件實(shí)現(xiàn)方法，應(yīng)根據(jù)具體情況采用簡單實(shí)用的方案，并應(yīng)充分利用 不同機(jī)型所提供的編程指令，使程序盡量簡潔。當(dāng)然還有經(jīng)驗(yàn)法、隨機(jī)邏輯編程等。在系

6、統(tǒng)設(shè)計(jì)中對(duì)不同的環(huán)節(jié)，可根據(jù)具體情況，采用不同的設(shè)計(jì)方法。通常在全局上采用程序框圖及功能模塊方法設(shè)計(jì)；在舊設(shè)備改造中，采用替代法設(shè)計(jì)；在局部或具體功能的程序設(shè)計(jì)上，采用邏輯代數(shù)法和經(jīng)驗(yàn)法。二、機(jī)床數(shù)控化改造數(shù)控機(jī)床改造后，在功能上都優(yōu)于原機(jī)床，這主要是微電子技術(shù)飛速的發(fā)展，原控制裝置、伺服裝置、在技術(shù)上己大大落后，新的控制裝置在硬件和軟件方面都比原裝置大大提高了檔次。數(shù)控機(jī)床改造的經(jīng)濟(jì)價(jià)值明顯，實(shí)踐證明，舊數(shù)控機(jī)床改造費(fèi)用一般是原值的10%50%，改造后，精度能保持和新機(jī)床一樣或接近。從產(chǎn)品生產(chǎn)周期考慮，生產(chǎn)一臺(tái)新機(jī)床，從制造毛坯件開始，一般需要一年甚至更長時(shí)間，而改造一臺(tái)機(jī)床，從合同簽定開始

7、，一般需半年左右，甚至更短時(shí)間，這對(duì)于企業(yè)盡快得到完好的設(shè)備，完成生產(chǎn)任務(wù)， 十分可取。從整 個(gè) 國 家考慮，制造一臺(tái)新機(jī)床，特別是機(jī)械部分，生產(chǎn)鋼鐵原材料要耗費(fèi)大量能源，造成很嚴(yán)重的污染。舊設(shè)備改造，將機(jī)械部分主體保留，要比生產(chǎn)新機(jī)床，綜合意義大很多，這方面的價(jià)值不可低估. 本課題為數(shù)控化改造中控制面板部分的設(shè)計(jì)?？刂泼姘迨菙?shù)控機(jī)床整體造型的重要組成部分, 利用CRT/MDI控制面板上的功能鍵和機(jī)床操作面板上的有關(guān)按鈕,使.G17、G18、G19分別指定空間坐標(biāo)系中的XY平面、ZX平面和YZ平面,作用是讓機(jī)床在指定坐標(biāo)平面上進(jìn)行插補(bǔ)加工和加工補(bǔ)償。本設(shè)計(jì)是對(duì)普通車床進(jìn)行數(shù)控化改造的前提下進(jìn)行

8、數(shù)控控制面板的操作。首先，參照以往的設(shè)計(jì)資料對(duì)數(shù)控機(jī)床操作面板進(jìn)行硬件的連接，連接見圖1圖1 FANUC機(jī)床操作面板連接圖對(duì)FANUC數(shù)控機(jī)床狀態(tài)，其開關(guān)信號(hào)的輸入/輸出地址是由系統(tǒng)I/O Link模塊進(jìn)行分配的，由于FANUC數(shù)控機(jī)床采用內(nèi)置式PLC，與CNC的連接不需進(jìn)行外部連線。圖2 機(jī)床操作面板3.選擇PMC的型號(hào)，并分配地址由于進(jìn)行數(shù)控化改造，為降低成本，在滿足設(shè)計(jì)功能的前提下，選擇FANUC-0i系列PMC，參照其使用說明，F(xiàn)ANUC-Oi 系統(tǒng)PMC的性能和規(guī)格如表1所示，地址分配見表2。表1 FANUC-Oi 系統(tǒng)PMC的性能和規(guī)格系統(tǒng) FANUC-OIA系統(tǒng)FANUC-OIB

9、/OIC系統(tǒng)PMC類型SA3SA1SB7編程方法梯形圖梯形圖梯形圖程序級(jí)數(shù)223第一級(jí)程序掃描周期8ms8ms8ms基本指令執(zhí)行時(shí)間5 us/步0.33 us/步程序容量-梯形圖最大約12000步最大約12000步最大約64000步符號(hào)和注釋1128KB1128KB不限制信息顯示864KB864KB不限制基本指令數(shù)141214功能指令數(shù)664869內(nèi)部繼電器（R）1000字節(jié)1000字節(jié)8500字節(jié)外部繼電器（E）無無8000字節(jié)信息顯示請(qǐng)求位（A）25字節(jié)25字節(jié)500字節(jié)非易失性存儲(chǔ)區(qū)數(shù)據(jù)表（D）1860字節(jié)1860字節(jié)10000字節(jié)可變定時(shí)器（T）40個(gè)（80字節(jié)）40個(gè)（80字節(jié)）25

10、0個(gè)（1000字節(jié)）固定定時(shí)器（T）100個(gè)100個(gè)500個(gè)計(jì)數(shù)器（C）20個(gè)（80字節(jié)）20個(gè)（80字節(jié)）100個(gè)（400字節(jié)）固定計(jì)數(shù)器（C）無無100個(gè)（200字節(jié)）保持性繼電器（K）20字節(jié)20字節(jié)120字節(jié)子程序（P）512無2000標(biāo)號(hào)（L）999無9999I/O Link 輸入/輸出最大1024點(diǎn)/最大1024點(diǎn)最大1024點(diǎn)/最大1024點(diǎn)最大2048點(diǎn)/最大2048點(diǎn)內(nèi)裝I/O輸入/輸出模塊最大96點(diǎn)/最大72點(diǎn)無無順序程序存儲(chǔ)Flash ROM 128KBFlash ROM 128KBFlash ROM 128KB768KB表2 地址分配按鍵信號(hào)區(qū)號(hào)輸入地址輸出地址按鍵信號(hào)

11、區(qū)號(hào)輸入地址輸出地址AUTOA1EDITA2MDIA3DNCA4HOMEA5JOGA6INCA7MPGA8其中，常用工作狀態(tài)開關(guān)的操作面板如圖3所示： 自動(dòng) 編輯 MDI DNC 回零 點(diǎn)動(dòng) 圖3 工作狀態(tài)開關(guān)的操作面板編輯狀態(tài)：輸入信號(hào)(面板操作開關(guān))地址為X4.1，輸出信號(hào)(指示燈)地址為Y4.1。存儲(chǔ)運(yùn)行(又稱自動(dòng)運(yùn)行)：輸人信號(hào)(面板操作開關(guān))地址為X4.0，輸出信號(hào)(指示燈)地址為Y4.0。 遠(yuǎn)程運(yùn)行(又稱DNC)：輸入信號(hào)(面板操作開關(guān))地址為X4.3，輸出信號(hào)(指示燈)地址為Y4.3。手輪進(jìn)給(又稱手搖脈沖進(jìn)給)：輸入信號(hào)(面板操作開關(guān))地址為Y4.0。手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入：輸入信號(hào)(面

12、板操作開關(guān))地，址為X4.2，輸出信號(hào)(指示燈)地址為Y4.2。手動(dòng)連續(xù)進(jìn)給(又稱點(diǎn)動(dòng)進(jìn)給)：輸入信號(hào)(面板操作開關(guān))地址為X6.5，輸出信號(hào)(指示燈)地址為Y6.5。返回參考點(diǎn)(又稱回零)：輸入信號(hào)(面板操作開關(guān))地址為X6.4，輸出信號(hào)(指示燈)地址為Y6.4。信號(hào)F3.6表示系統(tǒng)處于編輯狀態(tài)；信號(hào)F3.5表示系統(tǒng)處于自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)；信號(hào)F3.3表示系統(tǒng)處于手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入狀態(tài)；信號(hào)F3.4表示系統(tǒng)處于DNC狀態(tài)；信號(hào)F3.2表示系統(tǒng)處于手動(dòng)連續(xù)進(jìn)給狀態(tài)；信號(hào)F3.1表示系統(tǒng)處于手輪控制狀態(tài)；信號(hào)F4.5表示系統(tǒng)處于返回參考點(diǎn)狀態(tài)。三、操作面板部分梯形圖1. 控制梯形圖本控制任務(wù)采用邏輯代數(shù)控制

13、，經(jīng)設(shè)計(jì)，其梯形圖如4所示。圖4 系統(tǒng)工作狀態(tài)的PMC控制梯形圖FAPT LADDER-是在Windows95/98,Windows2000,WindowsXP環(huán)境下運(yùn)行的FANUC PMC程序的系統(tǒng)開發(fā)軟件。LADDER-軟件的主要功能：1）輸入、輸出、顯示、編輯PMC順序程序。2）監(jiān)控及調(diào)試PMC程序3）設(shè)定和顯示PMC參數(shù)4）運(yùn)行或停止PMC程序5）輸入和輸出PMC程序6）把PMC程序?qū)懭氲紺NC系統(tǒng)Flash Rom中。7）調(diào)試程序8）打印PMVC程序。加工中心是制造業(yè)應(yīng)用最廣的一類設(shè)備，一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家都把發(fā)展加工中心作為發(fā)展數(shù)控機(jī)床的首要任務(wù)。國產(chǎn)加工中心在高速化、精密化、多功能化

14、、制造技術(shù)上以及產(chǎn)品可靠性、交貨期等方面與國外產(chǎn)品存在較大差距。增強(qiáng)自主創(chuàng)新能力，加速國內(nèi)急需的新產(chǎn)品開發(fā)；實(shí)現(xiàn)加工中心產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化，盡快縮小國產(chǎn)加工中心與國外的差距，是我國機(jī)床工業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。任何數(shù)控機(jī)床最基本的功能是具有自動(dòng)、精確、一致的運(yùn)動(dòng)控制，進(jìn)給軸運(yùn)動(dòng)的控制是CNC的核心。伺服系統(tǒng)是以機(jī)械運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備電動(dòng)機(jī)為控制、對(duì)象，以控制器為核心，以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，伺服系統(tǒng)接收數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的位移、速度指令，經(jīng)變換、放調(diào)與整大后，由電動(dòng)機(jī)和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)床坐標(biāo)軸、主軸等，帶動(dòng)工作臺(tái)及刀架，通過軸的聯(lián)動(dòng)使刀具相對(duì)工件產(chǎn)生各種復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，從而加工出用戶所要求的復(fù)雜形狀的工件。

15、進(jìn)給伺服以數(shù)控機(jī)床的各坐標(biāo)為控制對(duì)象，產(chǎn)生機(jī)床的切削進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。為此，要求進(jìn)給伺服能快速調(diào)節(jié)坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)速度，并能精確地進(jìn)行位置控制。交流伺服已占據(jù)了機(jī)床進(jìn)給伺服的主導(dǎo)地位。作為數(shù)控機(jī)床的重要功能部件，伺服系統(tǒng)的特性一直是影響系統(tǒng)加工性能的重要指標(biāo)。圍繞伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性與靜態(tài)特性的提高，近年來發(fā)展了多種伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)?？梢灶A(yù)見隨著超高速切削、超精密加工、網(wǎng)絡(luò)制造等先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，具有網(wǎng)絡(luò)接口的全數(shù)字伺服系統(tǒng)、直線電動(dòng)機(jī)及高速電主軸等將成為數(shù)控行業(yè)的關(guān)注的熱點(diǎn)，并成為伺服系統(tǒng)的發(fā)展方向。步入21世紀(jì)，隨著我國綜合經(jīng)濟(jì)實(shí)力的快速提高，加工中心市場進(jìn)入了快速發(fā)展期。立式加工中心產(chǎn)量最大，占全部加工中心產(chǎn)量的3/4。這種結(jié)構(gòu)機(jī)床動(dòng)剛性較好，比較適合于高速加工。精密立式加工中心，國產(chǎn)的基本沒有。目前，國產(chǎn)加工中心的市場占有率很低，按臺(tái)數(shù)計(jì)不足1/3、按金額計(jì)不足1/4。提高國產(chǎn)加工中心的市場占有率關(guān)鍵在于提高國產(chǎn)加工中心的國際市場綜合競爭力。因此，對(duì)TH5660立式加工中心的研究是非常重要的。本文對(duì)加工中心的研究有很大的參考價(jià)值。四、小結(jié)經(jīng)過本次設(shè)計(jì)，分析了FANUC數(shù)控系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，及面板操作的I/O LINK 分配的地址，結(jié)合FANUC PMC編程特點(diǎn)，選擇合適的方法，編制出系統(tǒng)工作狀