求机械加工学院的毕业论文...我很着急因为不知道怎么写，所以求助神。...
2数控机床的结构和工作过程
本例中的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、检测和反馈装置以及机床主机组成，如图1所示。
图1数控机床结构图
输入装置可以向计算机传输不同的加工信息。早期的数控机床，输入设备是打孔纸带，现在已经淘汰了；目前，键盘、磁盘等的使用。极大地方便了信息输入。输出是指内部工作参数的输出(包括机床正常和理想工况下的原始参数和故障诊断参数)。一般情况下，这些参数需要在机床刚工作时输出，以便记录和保存。工作一段时间后，将输出与原始数据进行比较和对比，有助于判断机床工作是否正常。数控装置是数控机床的核心和主导部分，完成所有加工数据的处理和计算，最终实现数控机床各种功能的指令。它包括微型计算机电路、各种接口电路、CRT显示器等硬件和相应的软件。可编程控制器控制主轴单元，并处理程序中的速度指令来控制主轴速度；管理刀库，管理自动换刀、刀具选择模式、刀具累计使用次数、刀具剩余寿命和刀具刃磨次数；控制主轴的正反转和停止、准停止、切削液开关、卡盘夹紧和松开、机械手取刀和进刀等动作；它还控制机床的外部开关(行程开关、压力开关、温度控制开关等)。);控制输出信号(刀库、机械手、转盘等)。).检测反馈装置由检测元件和相应的电路组成，主要检测速度和位移，并将信息反馈给数控装置，实现闭环控制，保证数控机床的加工精度。数控机床的工作过程如图2所示。
图2数控机床工作过程框图
数控加工的准备过程比较复杂，包含了很多内容，包括零件的结构理解、工艺分析、工艺方案的制定、加工程序的编制、刀具的选择和使用方法。机床的调整主要包括刀具命名、转入刀库、工件安装、对刀、刀具位置测量、机床各部分状态等。程序调试主要是检查和调整程序本身的逻辑问题及其设计的合理性。试切是对零件加工设计方案的动态考察，上一步结果实现后需要对整个过程进行评估。试切成功后，就可以正式加工零件，并且可以对加工好的零件进行检验。前三步是待机时间。为了提高工作效率，希望待机时间越短越好，这样更有利于机床的合理使用。这个指标直接影响到对机床利用率(即机床真实运动率)的评价。
3机床数控系统需要解决的几个问题
这台机床由机械和电气部分组成。在设计总体方案时，要从机械和电气两方面考虑机床各种功能的实现方案。数控机床的机械要求和数控系统的功能非常复杂，因此通过机械和电气手段相互通信更为重要。机床控制系统的选择、装配、编程和操作应合理，精度和稳定性必须满足使用要求。同时，为了便于调试和维护，所有操作都配有手动功能，如各轴的手动快慢移动、主轴的高低速旋转、切削液和润滑开关等。PLC按逻辑条件或顺序依次动作，也有按逻辑关系控制联锁保护动作与顺序和顺序无关。PLC已发展成为替代继电器电路和进行顺序控制的主要产品，并广泛应用于机床的电气控制。
如何在实际控制中提高定位速度，保证定位精度，是一个需要认真考虑和切实解决的问题。精度是机床必须保证的性能指标。位置伺服控制系统的位置精度很大程度上决定了数控机床的加工精度。因此，位置精度是一个极其重要的指标。为了保证足够的位置精度，一方面需要正确选择系统中的开环放大倍数，另一方面需要对位置检测元件提出精度要求。因为在闭环控制系统中，很难区分检测元件本身的误差和被检测量的偏差，反馈检测元件的精度往往对系统的精度起着决定性的作用。高精度的控制系统必须有高精度的检测元件作为保证。当现场条件改变时，系统的一些控制参数必须相应地修改。为了满足生产的连续性，要求控制系统的可变参数的修改应在线进行。虽然使用编程器可以方便快捷地更改原始设置参数，但编程器不能被现场操作人员使用。因此，应考虑开发其他简单有效的方法来实现PLC可变控制参数的在线修改。另外，为了防止PLC被过高的电压损坏，在电源输入端增加了一个变阻器。为了防止过热，PLC不允许安装在变压器等发热元件的正上方，变频器与PLC和伺服驱动器保持一定距离。元件之间留有适当的间隙以便散热，在配电箱上安装风扇降温。此外，为了保证控制系统的安全稳定运行，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。
永宏FBs系列PLC数控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，因此提高数控机床的可靠性尤为重要。可靠性是评价可靠性的主要定量指标之一，可靠性定义为产品在规定的条件和规定的时间内完成规定功能的概率。对于数控机床来说，这里的功能主要是指数控机床的功能，比如数控机床的各种功能和伺服性能。数控机床的功能部件对机床功能的扩展和性能的提高起着极其重要的作用。因此，它不同于一般配件和附件的选择。它不仅要与数控机床的整体结构相协调，而且在融入整个系统时要有最佳的匹配性能，还能很好地体现数控机床的个性化特征。用于高速的数控系统不仅可以提高数据处理能力，还具有热误差补偿单元的功能和速度前馈控制、位置环前馈控制、加减速平滑控制等先进控制技术。因此，必须选择稳定可靠的控制单元来保证数控机床的正常高效运行。
针对以上要求，作者采用台湾省永宏电器股份有限公司的FBs-44MN PLC作为机床的主控单元，性价比高，体积小，使用方便，接线简单。其编程软件WinProladder被誉为梯形图大师，易学易用，功能强大。编辑、监控、调试等操作非常流畅。键盘和鼠标并用，使用在线即时指令查询和操作指令，使编辑和输入效率加倍。同时配有人机界面，可修改和设置程序参数并显示和监控运行状态，人机界面内容可编程。该控制系统具有可靠性高、价格低、结构紧凑的特点，非常适合机床的控制要求。具体控制思路如图3所示。
图3永宏PLC FBs-44MN数控机床定位电气控制系统图。
可编程逻辑控制器(PLC)是机床各种功能的逻辑控制中心，集成在数控系统中，主要指控制软件的集成，而PLC硬件在大型系统中往往采用分布式结构。从图3可以看出，系统控制中心由永宏PLC FBs-44MN控制，配有人机界面，可以修改和设置程序参数，显示和监视运行状态，人机界面的内容可以编程。三个轴都是全数字交流伺服系统，每个轴的伺服电机通过联轴器带动滚珠丝杠移动工作台和带直线导轨的主轴铣头，定位准确，速度快。主轴铣头由变频器控制。根据刀具、工件和进给，设定合理的主轴转速，并在程序中设定其启动和停止。每根轴都装有两端限位传感器和原点传感器，冷却和润滑也有异常检测。报警信息显示在报警灯和人机界面上，由光栅、感应同步器等位置检测器件随时测得的实际位置反馈信号与给定值进行比较，并将两者的差值进行放大变换，驱动执行机构以给定的速度向消除偏差的方向运动，直至给定位置与反馈的实际位置之差等于零。闭环馈电系统比开环馈电系统结构复杂，成本高，对环境室温要求严格。设计和调试比开环系统更困难。但是，它可以获得比开环进给系统更高的精度、更快的速度和更大的驱动功率。早期一般采用电机作为定位控制，由于速度低或者精度要求不高，对于需要的场合已经足够。当机械运转速度为了获得效率而加快，当产品质量和精度的要求越来越高时，电机停止位置的控制是一般电机力所不及的。解决这一问题的最好方法是采用数控定位控制结合步进或伺服电机进行定位控制。但在过去，由于其价格较高，普及性有限。近年来，由于技术的发展和成本的降低，其价格已经被用户所接受，用户数量也在不断增加。为了应对这一趋势，永宏PLC FBs系列将市面上专用数控定位控制器的功能集成到PLC的SoC芯片中，不仅免去了PLC与专用数控定位控制器之间复杂的数据交换和连接程序，还大大降低了整体成本，为用户提供了一种廉价、简单、便捷的数控定位控制与PLC集成的解决方案。永宏PLC FBs-44MN内部的SoC芯片包含多轴高速脉冲输出和高速硬件计数器，并提供易用且经过设计的定位程序编辑，对于这种应用来说更加得心应手。在由PLC和伺服驱动器组成的数控闭环控制系统中，PLC负责向伺服驱动器发送高速脉冲命令。除了安装在伺服电机中的位移检测信号直接反馈给伺服驱动器外，还在传动机构后面安装了一个额外的位移检测器，以真实反映实际位移，并将这个信号反馈给PLC内部的高速硬件计数器，从而进行更精确的控制，避免上述半闭环的缺点。永宏PLC FBs系列的定位功能将市面上专用的数控定位控制器集成到PLC中，使PLC和数控控制器可以共享同一个数据区，无需两个系统之间的数据交换、同步控制等复杂工作，但常用的数控定位控制指令(如DRV、SPD…)等，)还是可以用的。PLC控制4轴定位，可用于多轴同时控制，不仅提供点对点定位速度控制，还提供轴间直线插补功能。当系统应用超过4轴时，利用永宏PLC的CPU LINK功能可以实现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；定位精度和轮廓切割精度；精加工的表面粗糙度；外部干扰下的稳定性。这些要求主要取决于伺服系统的静态和动态特性。对于一个闭环系统，总是期望系统有较高的动态精度，即当系统有很小的位置误差时，机床的运动部件会有很快的反应。在数控机床的加工中，为了同时满足高速快速运动和单步点动的要求，要求进给驱动具有较宽的速度范围。
单步点动作作为一种辅助工作方式，常用于工作台的调整。伺服系统最高速度的选择应考虑机床的机械允许极限和实际加工要求。虽然高速可以提高生产率，但也需要更高的驾驶。另外，从系统控制的角度来看，还有一个检测和反馈的问题，尤其是在计算机控制系统中，软件处理时间是否足够是必须考虑的。全闭环伺服系统是将位置检测元件放置在被测坐标轴的末端运动部件上，检测机械传动链中由螺距误差、间隙和各种干涉引起的传动误差，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，位置检测元件和反馈元件的选择非常重要。感应同步器具有精度高、重复性好、抗干扰能力强、耐油、耐污染、维护简单等优点，特别适用于高精度全闭环数控机床。数控机床要求稳定、快速、准确。而大型数控机床的机械传动转动惯量大，固有频率低，很难使其远高于系统的截止频率。全闭环几乎包含了进给系统轴的所有不稳定非线性因素，调整不当容易造成机床抖动。
因此，数控机床全闭环伺服系统在保证快速性的基础上，主要解决机床进给运动的稳定性，获得比半闭环伺服系统更高的位置精度。伺服电机的编码器将位移检测信号反馈给伺服驱动器，驱动器通过内部偏差计数器和频率-电压电路对输入信号的脉冲频率和脉冲数以及反馈信号的频率和脉冲数进行处理，得到脉冲偏差值和转速误差值，从而控制伺服电机实现高速、高精度的速度和位置闭环处理系统。伺服电机的转速与输入信号的脉冲频率成正比，电机的移动量由脉冲数决定。图4是PLC控制下的伺服电机示意图。
图4数控机床伺服电机原理图
5相关程序设计和操作
PLC通过编程器输入程序，达到控制目的。因为PLC的工作过程是循环的，所以程序执行速度很快。另外，软件故障检测设计在硬件设计的基础上，利用软件检测外部行程开关的状态。当行程开关出现故障时，通过程序控制停止机床的运行，有效减少了因机床部件故障造成的事故。
图5是利用编程软件WinProladder编辑定位程序参数设置的指令图，图6是详细的操作处理程序图。
图5定位程序参数设置说明图
图6加工程序图
6结束语
我国是机床生产和应用大国，但数控技术应用水平不高，严重制约了我国制造业水平的提高。相关的国际发展规划对我国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，定位才能达到预期的效果。永宏FBs系列PLC的数控定位功能在机床数控系统的设计中起着重要的作用。机床长期运行表明，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，降低了操作人员的劳动强度。
由于采用PLC控制，增加了电气部分的抗干扰能力，提高了机床运行的可靠性，从而增加了设备的灵活性，提高了设备的使用效率。