面向用户的指令， 并通过数字式或模拟式输入输出方式控制各种类型的机器或生产过程。

可编程控制器具有很强的逻辑运算能力，而且PLC的输入输出接口适应了工业过程的需要，具有功率放大的功能，可直接带负载运行，这就是PLC在工业控制上优于普通微型计算机的地方。

作用：——完成各种辅助功能

(1) 机床主轴的起停、正反转控制及主轴转速的控制、倍率的选择。 (2) 机床冷却、润滑系统的接通和断开。 (3) 机床刀库的起停和刀具的选择、更换。 (4) 机床卡盘的夹紧、松开。 (5) 机床自动门的打开、闭合。

(6) 机床尾座和套筒的起停、前进、后退控制。 （7) 机床排屑等辅助装置的控制。

2.7.2 可编程序控制器在机床数控中的应用 （1）PLC的应用类型

ＰＬＣ的应用范围非常广泛。根据功能的不同ＰＬＣ大致可分为以下５种应用类型。

（a) 开关逻辑控制类型 (b) 闭环过程控制类型

(c) 组成多级控制系统类型 (d) 控制机器人类型 (e）组合数字控制类型 (2) ＣＮＣ系统中的ＰＬＣ

ＣＮＣ系统内部处理的信息大致可分为两大类。一是控制坐标轴运动的连续数字信息，这种信息主要由ＣＮＣ系统本身去完成。另一类是控制

刀具更换、主轴启停、换向变速、零件装卸、冷却液开八亭和控制面板ＩＯ等的逻辑离散信息。

ＰＬＣ在ＣＮＣ系统中是介于ＣＮＣ装置与机床之间的中间环节。它根据输入的离散信息，在内部进行逻辑运算，并完成输出功能。ＣＮＣ系统中用ＰＬＣ实现控制的类型可分为内装型和独立型两类。

(a) 内装型 ＰＬＣ（ｂｕｉｌｔ－ｉｎ－ｔｙｐｅ）所谓内装型 ＰＬＣ是指 ＰＬＣ内含在 ＣＮＣ装置内，从属于ＣＮＣ装置，并与ＣＮＣ装置集于一体，如图2.7.1所示。

图2.7.1

由于ＰＬＣ的硬件和软件都被作为ＣＮＣ系统的基本功能而统一设计，其性能指标也由ＣＮＣ系统来确定。内装型ＰＬＣ与所从属的ＣＮＣ装置之间的信号传送均在ＰＬＣ内部进行，并且内装型ＰＬＣ一般也不单独配置 ＩＯ接口，而是通过 ＣＮＣ装置本身的 ＩＯ电路完成输入输出功能。这样内装型ＰＬＣ的硬件电路既可以单独设计在其本身的印刷电路板内，也可安排在ＣＮＣ装置的某一块电路板中（如有的数控系统将内装型ＰＬＣ电路设计在ＣＮＣ装置的ＣＰＵ板上）。

采用内装型ＰＬＣ扩大了ＣＮＣ内部直接处理数据的能力，因此可以使用梯形图方式进行编辑，传送复杂的控制功能。又因为采用这种方法的造价很低，从而提高了ＣＮＣ的性能价格比。

(b) 独立型ＰＬＣ（ｓｔａｎｄ－ａｌｏｎｅ－ｔｙＰｅ）

独立型ＰＬＣ实际上是通用型ＰＬＣ，它完全独立于ＣＮＣ装置，具有完备的硬件和软件，能够独立完成ＣＮＣ系统所要求的控制任务。独立型ＰＬＣ与数控机床之间的关系如图2.7.2所示。

图2.7.2

独立型ＰＬＣ不但要进行机床侧的ＩＯ连接，还要进行ＣＮＣ装置侧的ＩＯ连接，因此ＣＮＣ和ＰＬＣ均具有自己的ＩＯ接口电路。独立型ＰＬＣ一般采用模块化结构，装在插版式机笼内，ＩＯ点数和规模可通过 ＩＯ模块插板的增减而灵活配置。对于数控车床、数控铣床和加工中心等单台数控设备，所需ＰＬＣ的ＩＯ点数大多在１２８点以下（少数复杂设备在１２８点以上），因此选用小型ＰＬＣ即可。而对于大型数控机床，如 ＦＭＣ，ＦＭＳ，ＦＡ，ＣＩＭＳ等，则需要选用中型或大型ＰＬＣ。 独立型ＰＬＣ的造价较高，所以其性能价格比不如内装型ＰＬＣ。一般内装型ＰＬＣ多用于单微处理器的ＣＮＣ系统，而独立型ＰＬＣ主要用

于多微处理器的ＣＮＣ系统。但它们的作用是一样的，都是配合ＣＮＣ装置实现刀具轨迹控制和机床顺序控制。 2.7.3 Ｍ，Ｓ，Ｔ功能的实现

(1) Ｍ功能的实现

Ｍ功能也称辅助功能，根据Ｍ代码的编程，可以控制主轴的正反转及停止、主轴齿轮箱的变速。冷却液的开关、卡盘的夹紧和松开以及自动换刀装置的取刀和还刀等。 (2) S功能的实现

Ｓ功能主要完成对主轴转速的控制，常用Ｓ２位代码形式和Ｓ４位代码形式进行编程。所谓Ｓ２位代码编程是指 Ｓ代码后跟随 ２位＋进制数字指定主轴转速。这种代码形式共有100级（Ｓ００～Ｓ９９）分度，并且按等比级数递增，其公式为１０＝１.１２，即相邻分度的后一级速度比前一级速度增加约 １２％。这样根据主轴转速的上、下限和上述等比关系就可以获得一个Ｓ２位代码与主轴转速（ＢＣＤ码）的对应表格，用于Ｓ２位代码的译码。

所谓Ｓ４代码编程是指 Ｓ代码后跟随４位＋进制数字，直接指定主轴转速。例如 Ｓ1500表示主轴转速为 １５００ ｒｍｉｎ。可见Ｓ４位代码表示转速的范围为 ０～９ ９９９ ｒｍｉｎ。 （3）Ｔ功能的实现

Ｔ功能即为刀具功能工代码后跟随２～５位数字表示要求的刀具号和刀具补偿号。数控机床根据Ｔ代码通过ＰＬＣ可以管理刀库，自动更换刀具。即根据刀具和刀具座的编号，可以简便、可靠地进行选刀和换刀控制。根据取刀还刀位置是否固定，可将换刀功能分为随机存取换刀控制和固定存取换刀控制。在随机存取换刀控制中，取刀和还刀与刀具座编号无关，还刀位置是随机变动的。在执行换刀的过程中，当取出所需的刀具后，刀

库不需转动，而是在原地立即存入换下来的刀具，由数控系统记忆每把刀具在刀库中的实际位置。这时取刀、换刀、存刀一次完成，缩短了换刀时间．提高了生产效率，但刀具的控制和管理要复杂一些。在固定存取换刀控制中，被取刀具和被还刀具的位置都是固定的，也就是说换下的刀 具必须放回预先安排好的固定位置。显然这种方法增加了换刀时间，但其控制要简单些。

3 机械部分设计

3.1 工作台的进给运动

因为改造后的基础主要加工圆弧、凸轮一类平面曲线的轮廓，所以采用微机数控实现三坐标两轴联动控制，工作台纵向（轴）、横向（轴）及垂直方向（轴）的运动，分别由步进电动机经过一级齿轮减速后，由滚珠丝杠螺母副拖动电动机经过一级齿轮减速后，由滚珠丝杠螺母副拖动。由于铣削时作用在电动机轴上的负载转矩较大，所以要选择大功率的步进电动机，而大功率的步进电动机的驱动较困难。步进电动机没有过载能力，在高速运动时转矩下降很多，容易丢步。要使改造后的铣床进给伺服性能较好，在改造采用直流伺服电动机驱动。改造方案如图3.1.1所示。