目录
引 言 4
第一章 概述 5
1.1 数控系统的简介 5
1.1.1数控系统发展简史及趋势 5
1.1.2数控（NC）阶段 5
1.2.3计算机数控（CNC）阶段 5
1.2 PLC简介 6
1.2.1 PLC定义 6
1.2.2PLC的结构与组成 6
1.2.3PLC的工作原理 6
1.3 PLC和NC的关系 6
第二章 CK6163数控机床的整体设计 7
2.1 CK6163的总体结构介绍 7
2.2数控机床的整体设计 7
第三章 数控系统选用 8
3.1开环步进伺服系统： 8
3.2闭环数控系统： 8
3.3半闭环数控系统： 9
第四章 数控机床强电控制 10
4.1主轴电机的控制。 10
4.2 变频器、变频电机： 11
4.3、 润滑系统的控制 13
4.3.1强电线路图 13
4.3.2控制电路 13
4.3.3润滑系统控制顺序方框图 15
4.4、 冷却电机控制 15
4.5 . 刀台电机 15
第五章 数控机床的逻辑控制 16
5.1 启动时PLC程序设计： 16
5.2、主轴的逻辑控制 17
5.2.1、主轴变速过程如下： 17
5.2.2主轴速度控制S功能 17
5.2.3.主轴正转、反转、停止功能 17
5.3变频器的逻辑控制 18
5.4刀台控制 20
5.5润滑系统的PLC 22
5.5.1润滑系统的控制顺序简介 22
5.5.2滑系统的故障监控 22
5.5.3 润滑系统的PLC控制梯形图 23
结论 24
致谢 25
参考文献 26
附件 27
CW6163系列普床改数控机床的PLC编程
摘 要 本文主要是将传统的CW6163车床的电气控制系统改造成为数字控制的开环控制系统。改造后的系统是以单片机系统为控制模块，以步进电机为驱动执行元件。实现X轴和Z轴的两坐标联动以及对刀具的自动选取。同时能够进行直线和圆弧的插补；工件在一次安装后，完成多道工序的加工，通过编写不同的程序完成各种较为复杂零件的加工。
数控机床，在设计上要达到：有高的静动态刚度；运动副之间的摩擦系数小，传动无间隙、功率大、便于操作和维修，机床数控改造时应尽量达到上述要求。不能认为将数控装置与普通机床连接在一起就达到了数控机床的要求，还应对主要部件进行相应的改造使其达到一定的设计要求，才能获得预期的改造目的。
通过对CW6163普通车床的数控改造，使其加工精度明显提高，定位准确可靠，操作方便，性能价格比高。这种方法对中小企业设备的数控改造有一定的借鉴与推广作用。本次改造主要针对车床的主轴系统、刀架系统、进给系统、反馈环节、电器控制柜以及数控系统进行了改造，改造方法简单、改造操作步骤便于实施。而且掌握了一些CAM、CAD等制图软件的应用和论文的撰写格式，这篇论文对我四年的大学学习的一次全面总结。
关键词 数控机床 变频器 CNC PLC 数控化改造
The PLC Programming Of CW6163 Series Plain Lathe To CNC
Abstract This paper mainly is that the traditional CW6163 lathe electricity control system is reformed the numerical control the open-loop control system. After the reform system is take the monolithic integrated circuit system as the control module, Take step-by-steps the electrical machinery as the actuation functional element. Realizes the X axis and the Z axis two coordinates linkage are as well as to the cutting tool automatic selection. At the same time can carry on the straight line and the circular arc inserts makes up. After installs the work piece, completed the processing procedure. Through the preparation of different procedures to complete all the more complicated parts of the processing
A new numerical control lathe should reach in the design: There is high quiet dynamic rigidity; the coefficient of friction between the vice sport is little, the transmission has no interval; the power is large; Easy to operate and maintenance. Lathe numerical control should try one's best and reach and require while being above-mentioned when the transformation. Can't think and link numerical control device and ordinary lathe together and reach numerical control request of lathe, Also should carry on to main part corresponding transformation enable their's reaching certain designing requirement, Purpose of transforming that could be expected.
This paper introduced a CW6163 alteration method of numerical control lathe. This alteration leads the machining precision sharply improved. This positioning is precise and reliable , and the manipulation is convenient, finally the price is much cheaper. This method is worthy to popularize for reference. The transformation of the main response to the lathe spindle system, cutting tool system, the feed system and the feedback link, electrical control cabinet and the NC system is revamped; the method is simple, transforming operational steps to facilitate their implementation. Moreover has grasped some charting software the and so on CAM, CAD application and the paper composes the form，This paper for me four years of university study in a comprehensive summation.
Key Words CNC machine tools converter CNC PLC numerical control system
引 言
由于市场竞争日趋激烈，产品更新极为迅速。随着重工业业以及轻工消费品生产的高速增长，中小批量零件的生产及复杂零件越来越多，精度要求也越来越高，这就要求加工设备具有很高的效率和加工精度。而传统的普通机床已远远不能满足现代生产的需要。
随着现代计算机技术和自动控制的飞速发展，信息处理功能不断提高，而价格不断降低。这使得计算机在机械制造行业得以广泛的应用。以数控技术为核心的现代制造技术，以微电子技术为基础，将传统的机械制造技术与现代控制技术、传感检测技术、信息处理技术有机地结合在一起，构成高度信息化、高柔性、高度自动化的制造系统。微机控制的数控机床以其高精度、高柔性及适合加工复杂零件的性能，正好满足当今市场竞争的需要。计算机数控系统，简称CNC，可根据不同的指令进行不同方式的信息处理。由于计算机可完全由软件来确定数字信息的处理过程，从而使机床具有真正的柔性，并可以处理硬件逻辑电路难以处理的复杂信息，使机床控制系统的性能和可靠性大大提高。
以数控机床为代表的数控设备的生产与应用水平反映了一个国家的机械与电子水平。它的推广应用对于提高劳动生产率和产品质量，改变我国制造技术落后的状况起着极为重要的作用。
本文主要是将传统的CW6163车床的电气控制系统改造成为数字控制的开环控制系统。改造后的系统是以单片机系统为控制模块，以步进电机为驱动执行元件。实现X轴和Z轴的两坐标联动以及对刀具的自动选取。同时能够进行直线和圆弧的插补；工件在一次安装后，完成多道工序的加工，通过编写不同的程序完成各种较为复杂零件的加工。
数控机床，在设计上要达到：有高的静动态刚度；运动副之间的摩擦系数小，传动无间隙、功率大、便于操作和维修，机床数控改造时应尽量达到上述要求。不能认为将数控装置与普通机床连接在一起就达到了数控机床的要求，还应对主要部件进行相应的改造使其达到一定的设计要求，才能获得预期的改造目的。
第一章 概述
1.1 数控系统的简介
1.1.1数控系统发展简史及趋势
1946年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比，起了质的飞跃，为人类进入信息社会奠定了基础。6年后，即在1952年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床。从此，传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代的发展。
1.1.2数控（NC）阶段（1952～1970年）
早期计算机的运算速度低，对当时的科学计算和数据处理影响还不大，但不能适应机床实时控制的要求。人们不得不采用数字逻辑电路"搭"成一台机床专用计算机作为数控系统，被称为硬件连接数控（Hard-wired NC），简称为数控（NC）。随着元器件的发展，这个阶段历经了三代，即1952年的第一代--电子管；1959年的第二代--晶体管；1965年的第三代--小规模集成电路。
1.2.3计算机数控（CNC）阶段（1970年～现在）
到1970年，通用小型计算机业已出现并成批生产。于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控（CNC）阶段（把计算机前面应有的"通用"两个字省略了）。到1971年，美国INTEL公司在世界上第一次将计算机的两个最核心的部件--运算器和控制器，采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上，称之为微处理器（Microprocessor），又可称为中央处理单元（简称CPU）。
到1974年微处理器被应用于数控系统。这是因为小型计算机功能太强，控制一台机床能力有富裕（故当时曾用于控制多台机床，称之为群控），不如采用微处理器经济合理。而且当时的小型机可靠性也不理想。早期的微处理器速度和功能虽还不够高，但可以通过多处理器结构来解决。由于微处理器是通用计算机的核心部件，故仍称为计算机数控。
到了1990年，PC机（个人计算机，国内习惯称微机）的性能已发展到很高的阶段，可以满足作为数控系统核心部件的要求。数控系统从此进入了基于PC的阶段。
总之，计算机数控阶段也经历了三代。即1970年的第四代--小型计算机；1974年的第五代--微处理器和1990年的第六代--基于PC（国外称为PC-Based）。
还要指出的是，虽然国外早已改称为计算机数控（即CNC）了，而我国仍习惯称数控（NC）。所以我们日常讲的"数控"，实质上已是指"计算机数控"了。
1.2 PLC简介
1.2.1 PLC定义
可编程序控制器，英文称Programmable Controller，简称PC。但由于PC容易和个人计算机（Personal Computer）混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程序控制器的缩写。它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。
1.2.2PLC的结构与组成
PLC的硬件主要由中央处理器（CPU）、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口电源等部分组成。其中，CPU是PLC的核心，输入单元与输出单元是连接现场输入/输出设备与CPU之间的接口电路，通信接口用于与编程器、上位计算机等外设连接。
1.2.3PLC的工作原理
PLC采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式
(1)每次扫描过程。集中对输入信号进行采样。集中对输出信号进行刷新。
(2)输入刷新过程。当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入。只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。
(3)一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。
(4)元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。
(5)扫描周期的长短由三条决定。① CPU执行指令的速度 ② 指令本身占有的时间③ 指令条数
1.3 PLC和NC的关系
PLC用于通用设备的自动控制，称为可编程控制器。PLC用于数控机床的外围辅助电气的控制，称为可编程序机床控制器。因此，在很多数控系统中将其称之为PMC（programmable machine tool controller）。数控系统有两大部分，一是NC、二是PLC，这两者在数控机床所起的作用范围是不相同的。可以这样来划分NC和PLC的作用范围：
(1)实现刀具相对于工件各坐标轴几何运动规律的数字控制。这个任务是由NC来完成；
(2)机床辅助设备的控制是由PLC来完成。它是在数控机床运行过程中，根据CNC内
部标志以及机床的各控制开关、检测元件、运行部件的状态，按照程序设定的控制逻辑对诸如刀库运动、换刀机构、冷却液等的运行进行控制。
在数控机床中这两种控制任务，是密不可分的，它们按照上面的原则进行了分工，同时也按照一定的方式进行连接。NC和PLC的接口方式遵循国际标准“ISSO 4336-1981(E)机床数字控制－数控装置和数控机床电气设备之间的接口规范”的规定，接口分为四种类型：
(1)与驱动命令有关的连接电路；
(2)数控装置与测量系统和测量传感器间的连接电路；
(3)电源及保护电路；
(4)通断信号及代码信号连接电路；
第二章 CK6163数控机床的整体设计
2.1 CK6163的总体结构介绍
本机床包括床身、主轴箱、床鞍、Z向进给、尾座等几大部分；底座为分体式结构，刚性足工艺性好；机床纵向和横向导轨滑动副采用TSF贴塑对淬硬磨削导轨配合，摩擦系数小，动、静摩擦系数之差不大，使之具有良好的耐磨性及可靠的伺服性；滑动面及滚珠丝杠副采用集中自动润滑系统，确保了各重要部件都能工作在良好的润滑状态之下；自动刀架为立式四工位，免抬起，换刀快速方便；卡盘为手动也可选用电动卡盘或液压卡盘；尾座为液压尾座；采用半防护装置，装卸工件方便，操作面板可根据需要很方便地调整位置。
2.2数控机床的整体设计
a、采用单片微机为主控CPU，具有直线和圆弧插补、代码编程、刀具补偿和间隙补偿功能、数码管二坐标同时显示、自动转位刀架控制、螺纹加工等控制功能。
b、配有步进电机驱动系统，脉冲当量或控制精度一般为：Z为0.01mm，X向为0.005mm（要与相应导程的丝杠相配套）。
c、加工程序从面板按键输入，代码编制，电自动保护存储器存储；可以对程序进行现场编辑修改和试运行操作。
d、具有单步或连续执行程序、循环执行程序、机械极限位置自动限位、超程的报警，以及进给速度程序自动终止等各类数控基本功能
对于普通机床的经济型数控改造，在确定总体设计方案时，应考虑在满足设计要求的前提下，对机床的改动应尽可能少，以降低成本。（1）数控系统运动方式的确定 数控系统按运动方式可分为点位控制系统、点位直线控制系统、连续控制系统。由于CW6163要求车床加工复杂轮廓零件，所以本微机数控系统采用两轴联动连续控制系统。 （2）伺服进给系统的改造设计 数控机床的伺服进给系统有开环、半闭环和闭环之分。 因为开环控制具有结构简单、设计制造容易、控制精度较好、容易调试、价格便宜、使用维修方便等优点。所以，本设计决定采用开环控制系统。 （3）数控系统的硬件电路设计 任何一个数控系统都由硬件和软件两部分组成。硬件是数控系统的基础，性能的好坏直接影响整体数控系统的工作性能,有了硬件，软件才能有效地运行。
第三章 数控系统选用
市场上系统厂家很多，性能大同小异。按控制环路分有开环、闭环和半闭环系统。
3.1开环步进伺服系统：
此类数控系统以其价格低廉、维修相对简单的优点在市场上得到广泛的应用。由于其存在驱动力矩小、无位置反馈、精度低等原因而退出数控系统的主流地位。在我国，经济型数控机床一般采用此类系统。系统分辨率0.01。系统结构如图3.1下：
图3.1 开环步进伺服系统
3.2闭环数控系统：
此类数控系统装有位置反馈元件，插补指令值与反馈值进行比较，根据其差值进行误差修正。闭环系统可以消除机械传动部分的误差给加工精度带来的影响，可以达到很高的精度。但是由于机械误差的非线性很容易造成系统的不稳定，使系统的设计调整相对困难。其主要应用于精度要求很高的超精机床。控制结构示意图如图3.2下：
图3.2闭环数控系统
3.3半闭环数控系统：
半闭环控制方式其闭环环路短，位置反馈元件安装在伺服电机轴端或丝杠端部，用于精确控制电机的角度和速度，然后通过精密滚珠丝杠等机械传动结构实现直线位移。因此可获得稳定的控制特性，达到较高的位置增益而不产生振荡。传动链上有规律的误差可以达到补偿，如螺距及间隙误差等。因此半闭环控制得到广泛的应用。系统分辨率0.001。控制结构示意图如图3.3下：
图3.3 半闭环数控系统
市场上数控系统的类型较多，主要有FANUC 0i系列、西门子802系列、三菱50L系列等。根据价格合理、技术先进、可靠性高的原则来选择数控系统。经综合考虑选用高品质、高可靠、高性能价格比的FANUC POWER MATE 0i数控系统。系统分辨率0.001，控制轴数2轴，可控制两台伺服电机（α6、α12）实现XZ向插补运动，可车削端面、外圆、锥度、圆弧面；主轴接口2轴，可控制变频器实现主轴调速；内置PLC简化了外部接线，提高整机的可靠性；图形功能，实现加工时刀具轨迹预览和模拟，显示运行时的故障、伺服波形使维修更方便；通过RS232与PC机相连，实现加工程序的上传与下载；配置主轴编码器能加工多种型式螺纹工件
第四章 数控机床强电控制
4.1主轴电机的控制。
当按SB2时，接触器KM1的线圈获得电动作，同时KM1的常开触点闭合，KM3和KT得电，KM1和 KM3主触点闭合时电机M1星形正转降压启动，当KT延时约3-5S时，KT延时常闭触点断开使KM3失电，其星形接法主触点断开；KT延时常开触点闭合使KM2得电，其主触点闭合，电机M1从星形转换为三角形运行。同理，按SB1时，电机M1反转（星形—三角形启动）。
根据以上机床主电路继电控制要求分析，系统共需开关量输入点5个，开关量输出点4个，考虑系统的经济性和技术指标，拟选用三菱公司的微型机FX2n—16MR机型，该机基本单元有8点输入，8点输 出，完全能满足控制要求。输入/输出信号地址分配如表4.1表4.2。
表4.1 输入信号地址分配表表 表4.2 输出信号地址分配表
名称 外接器件 地址
正转（ 启动） SB2 X000
反转 SB1 X001
过载保护 FR1 X002
过程保护 FR2 X003
停止 SB X004
名称 外接器件 地址
继电器 KM1 Y000
继电器 KM2 Y001
继电器 KM3 Y002
继电器 KM4 Y003
为了保证安全,系统外部设置了急停控制电路，SB6为电源供给按钮，当系统出现故障时，按下SB5，KM线圈失电，KM常开启点断开，PLC失去电源，机床停止工作。PLC控制电路接线如图4.1所示。
图4.1 PLC控制电路接线
4.2 变频器、变频电机：
变频调速控制：变频器调频范围一般在1～400Hz，低速段机械特性较差，在低频5Hz以下电机输出扭矩较小。由于无速度反馈功能速度脉动较高。在低速切削时易产生主轴输出扭矩不够和主轴速度下降。从表4.3变频电机特性曲线可以看出，变频电机在150转（5Hz）以下运行时特性较软，在150～1500转范围内运行扭矩输出平稳。合理选择电机的运行区间完全可以满足技术要求。根据要求调速范围为1：3，我们选择电机的范围为500～1500转，其运行区间被恒扭矩区完全覆盖，可以满足设计要求.。
表4.3 变频电机特性曲线
变频器信号连接：选择三肯SANKEN公司SAMCO-i系列变频器为交流变频调速装置，其控制参数可通过键盘、液晶显示屏进行设定。其外部接线图如图4.3：
频图4.3变器的接线图
选择三菱公司FX2N-24MR型PLC。PLC的COM端是输入电路的公共端，COM1、COM2、COM3分别是输出Y0~Y3、Y4~Y7、Y10~Y13的公共端，应与变频器数字信号公共端相连。PLC是继电器输出类型，变频器的输出端DRV、UPF、OLW是额定值为24V/50Ma的急电极开路输出，可与输入端直接相连。
（1） 转速的时间设定
变频器的功能指令码CD068=1,选择JOG为点动输入端，使2速、3速输入端2DF、3DF、可得到转速1~4;CD068=2时使用2DF、3DF和JOG端，可得到表7-1中的转速1~8。变频器的外部输入触电接通时相应的输入信号为1，1~8速的频率可用功能指令CD029~CD036来设定。
（2） 加减速时间的设定
第2、第3加减速时间选择端AD2、AD3和正、反转输入端FR、RR配合可以选择四种正、反转加/减速时间，见表4.4。1~4号加速、减速时间分别用功能指令码CD019~CD022、CD023~CD026来设定,加速器基准频率用CD018来设定。例如设定基准频率CD018=50Hz,如果设1号加速时间CD019=5s，则其加速梯度为50/5=10Hz。
表4.4 加速度的设定
JOG 3速 2速 转速编号
0 0 0 1
0 0 1 2
0 1 0 3
0 1 1 4
1 0 0 5
1 0 1 6
1 1 0 7
1 1 1 8
第3加速度 第2加速度 加减速时间编号
0 0 1
0 1 2
1 0 3
1 1 4
(3)“频率一致”输出端的设定
使用功能指令码CD063、CD056、CD057可使变频器的“频率一致”输出端UPF在设定的1~8速中某一转速到达设定值时输出低电平（相当于触电接触）。
(4)过载报警信号的设定
使用功能指令码CD048、CD064可设定过载报警电流值。变频器在过载报警输出端的输出电流超出设定值时，输出低电平。
4.3、 润滑系统的控制
4.3.1图4.4为强电电路图
各图形符号的说明如下：
KM4: 电磁接触器（工作电压为AC22V）
M4: 润滑电动机
图4.4 润滑强电电路图
4.3.2控制电路
选择三菱公司的PLC，图4.5所示为润滑控制系统的PLC控制电路图，各图形符号的说明如下：
M1、M2、M18、M2、CNC装置信号电缆插座 ，括号内的数字为插脚编号。
RV: 输入信号接收器
DV: 输出信号驱动器
QF4: 润滑电动机过载保护自动断路器（过载时自动断开）
SP2: 润滑油路压力开关（工作压力正常时接通）
SL: 润滑油液面开关（润滑油不足时接通）
SB8: 运转准备按钮（位于机床控制面板上，用于指示机床运行准备状态）
HL1: 机床报警指示发光二极管（位于机床操作面板上，用于指示机床报警状态）
KA4: 瞬时通断继电器（用于启动电磁接触器）
图为强电线路图，各图形符号的说明如下：
KM4: 电磁接触器（工作电压为AC22V）
M4: 润滑电动机
图4.5 润滑控制系统的PLC控制电路
4.3.3润滑系统控制顺序方框图（见图4.6）
图4.6控制顺序方框图
4.4、 冷却电机控制
三相电源经断路器QF4、KM3接入冷却电机。通过机床操作面板冷却启停开关和M08、M09指令可对冷却电机的启停进行控制。
4.5 . 刀台电机
三相电源经断路器QF5、KM4、KM5接入刀台电机。KM4控制刀台电机正转，KM5控制刀台电机反转。
具体电路及接线图详见附图：
第五章 数控机床的逻辑控制
5.1 启动时PLC程序设计：
当按SB1时， X000的常开触点闭合，Y000、Y003和T0得电，接触器KM1的线圈获得电动作，同时KM1和 KM4主触点闭合时电机M1星形正转降压启动，当T0延时约3~5S时，T0延时常闭触点断开使KM4失电，其星形接法主触点断开；T0延时常开触点闭合使KM3得电，其主触点闭合，电机M1从星形转换为三角形运行。同理，按SB1时，X001的常开触点闭合, 接触器KM2的线圈获得电动作,电机M1反转（星形—三角形启动）。根据以上要求编制PLC控制梯形图（图5.1）及由梯形图写出PLC控制指令程序。
编程如下:
LD X000
OR Y000
ANI Y001
AND X002
AND X003
AND X004
OUT Y000
LD X001
OR Y001
ANI Y000
AND X002
AND X003
AND X004
OUT Y001
LD Y000
OR Y001
MPS
ANI Y002 图5.1 电动机启动PLC梯形
OUT TO
K30
MRO
LD TO MPP
OR Y002 ANI TO
ANB ANI Y002
ANI Y003 OUT Y003
OUT Y002 END
5.2、主轴的逻辑控制
本机床采用四段无级变速，利用M接口实现主轴机械分段换档，利用S接口实现速度控制。根据ISO M功能代码的表述，用M41、M42、M43、M44分别代表105-35 268-89.3 592.5-197.5 1500-500四个机械档位。则其控制流程如下：
5.2.1、主轴变速过程如下：
输入M41(M42、M43、M44),主轴在变频电机的带动下低速正反摆动,此时对应的换档油缸得电推动变速齿轮进行换档。当变速油缸上方的接近开关给出齿轮到位信号后，换档结束。输入M03、S100主轴即以100r/min的速度正转，输入M04、S150主轴即以150r/min的速度反转，输入M05主轴停。
5.2.2主轴速度控制S功能
通过数控系统的模拟量接口来完成。其输出与主轴速度相对应的＋10V 到－10V或＋10V连续可调模拟量，与变频器结合实现主轴速度的控制。
5.2.3.主轴正转、反转、停止功能
使用M功能的M03、M04、M05代码来实现。执行M03、M04、M05指令时，CNC通知PLC来完成M代码的译码工作，相应的输出口动作通 图5.2主轴控制 知变频器控制电机实现正转、反转、停止。
M03指令 PLC译码 正转继电器吸合 变频器正转使能接通 返回M03指令结束信号，如上图5.2。
5.3变频器的逻辑控制
设定加/减基准频率为50Hz设定1、2、4号加减速时间分别为20s、10s、5s,加减速梯度分别为2.5Hz/s、5 Hz/s、z/s。0～2s时间设第1加速时间，2～4s设第4加速时间，4～8设第2加速时间，20～23s设第4加速时间，23～24s为第4减速时间。
用变频器JOG、2速、3速三个输入控制8挡频率，设定其中2、3、5、7号转速的频率分别为10 Hz/s、15 Hz/s、25 Hz/s、35 Hz/s。根据控制设计梯形图（图5.3）
图5.3变频器的PLC控制
变频器的PLC编程
LD M8002 SET Y0
SET S0 K20
STL S0 SET Y3
LD X3 SET Y4
SET S20 LD T0
STL S20 SET S21
OUT T0 STL S21
OUT T1
K20
OUT Y6
SET Y5
LD T1
SET S22
STL S22
OUT T2
K40
LD T2
SET S23
STL S23
OUT T3
K40
RST Y3
LD T3
SET S24
STL S24
OUT Y3
RST Y5
LD X5
SET S25
STL S25
RST Y0
LD X4
SET S26
STL S26
OUT Y1
OUT Y2
SET S27
LD X5
OUT T4
STL S27
K10
OUT Y6
LD T4
OUT Y6
OUT S0
LD T4
RET
RST Y5
5.4刀台控制
刀台的控制流程如下（图5.4）：
图 5.4 刀台的控制本机床采用电动四工位刀架
控制流程如下:首先系统给出换刀指令如T10、T20、T30、T40，X11.2由于不在刀位其信号状态为高电平，梯形图显示为导通状态，NC输出F26.0、F26.1、F26.2.经译码后，Y1002.3导通,外部继电器KA3吸合KM4动作刀架电机通电正转，刀架松开并开始转位，1工位霍尔开关信号由低电平“0”变为高电平“1”。到达2工位霍尔开关信号由高电平“1”变为低电平“0”。刀架继续转动，2工位霍尔开关信号由低电平“0”变为高电平“1”。到达3工位霍尔开关信号X11.2由高电平“1”变为低电平“0”。电机反转，刀架开始锁紧，电机反转1.8秒后电机停转。霍尔元件接线图如下图5.5：
图5.5 霍尔元件接线图
F7.3刀具T代码选通信号；F1.1系统复位信号；F26.0、F26.1、F26.2 NC刀具指令T代码输出;X1008.4急停信号;X11.0、X11.1、X11.2、X11.3刀具四个工位到达信号；Y1002.3刀架正转；Y1002.2刀架反转；R中间继电器;SUB3时间继电器.
刀台的控制梯形图见图5.6
图5.6 刀台控制梯形图
5.5润滑系统的PLC
5.5.1润滑系统的控制顺序简介
按下SB8,23N行X017.7触点闭合，Y086.6信号输出，KA4线圈接通，其触点闭合又使KM4接通，其主触点闭合后，润滑电动机M4启动运行。Y086.6输出由23P行自保持。
Y086.6为“1”时，24A行触点闭合，TB-17设定时间地址为D390,设定时间为15s。到达时间后输出，R613.0为“1”，23P行R613.0触点断开，于是Y086.6停止输出，KM4停止运行。R613.0为“1”，并由24E行自保持。
24F行的R600.2为“1”， TB-18定时器开始计时，TB-18设定时间地址为D395,设定时间25min。到达时间后，输出R613.1为“1”，24O行得R613.1闭合，Y086.6输出并自保持，KM4重新启动运行，TB-17也同时重新开始计时，重复上述过程。
5.5.2滑系统的故障监控
润滑系统出现故障时，PLC程序对如下四种故障状态进行监控。
①当润滑系统出现泄漏时或其他故障使得M4运行15s后油路压力仍不能达到正常设定值（即SP2未闭合），则24B行R600.3为“1”，使241行R616.7为“1”，又使23N和R616.7断开。润滑电动机将不能再启动。
②当润滑油路堵塞或其他故障使得M4在停止运行25min后，油路压力仍降不下来（SP2处于闭合状态），则24G行的R600.4为“1”并自保持，又使23行得R616.7断开，润滑电动机将不能再启动。
③如果润滑油不足，SL闭合，24I行R616.7为“1”，23N行得R616.7断开，Y086.6无输出，动机不能再启动或停止运转。
④如果润滑电动机过载，QF4断开，24I行R616.7为“1”，23N行得R616.7断开，Y086.6无输出，动机不能再启动或停止运转。
上述四种故障有任何一种出现，将使24I行R616.7为“1”，并使24M行Y048.0信号输出，接通机床报警指示发光二极管，向操作者发出报警指示。为使报警指示容易引起操作者注意，24N行和24O行控制逻辑使报警灯以频闪示警。
通过24P、25A、25B、25C行，将四种报警状态移道内部继电器R625地址中。操作者可通过CRT/MDI检索，并检查诊断地址R625的对应位状态，既可确认润滑系统报警时的具体故障原因和部位。
5.5.3 润滑系统的PLC控制梯形图
结论
数控技术水平的高低和数控设备拥有的多少已成为衡量一个国家工业现代化的重要标志。数控机床作为机电一体化的典型产品，在机械制造中发挥着巨大的作用，很好地解决了现代机械制造中结构复杂、精密、批量小、多变零件的加工问题，且能稳定产品的加工质量，大幅度提高生产效率。但是，发展数控技术的最大障碍就是添置设备的初期投资大，这使许多中小型企业难以承受。如果淘汰大量的普通机床，而去购买昂贵的数控机床，势必造成巨大的浪费。因此，普通机床的数控化改造大有可为。
目前国内的设备数控化率还很低，特别是河南省，在4327家机械产品生产厂家中，真正采用数控加工技术的还不到8％，距国家要求70％的数控加工普及率和覆盖率相距甚远。仅对我省企业来讲，如果每年设备数控化率提高一个百分点，就是一个非常大的市场。因此，开发普及型数控车床既是市场的需求，也符合国家发展数控产业的政策，具有广阔的市场空间和现实意义。
通过对CA6163普通车床的数控改造，使其加工精度明显提高，定位准确可靠，操作方便，性能价格比高。这种方法对中小企业设备的数控改造有一定的借鉴与推广作用。本次改造主要针对车床的主轴系统、刀架系统、进给系统、反馈环节、电器控制柜及其数控系统进行了改造，改造方法简单、改造操作步骤便于实施。而且掌握了一些CAM、CAD等制图软件的应用和论文的撰写格式，这篇论文也是对我四年的大学学习的一次全面总结。
PLC具有很高的可靠性,所以PLC控制系统的大部分故障主要来自于PLC外部元件, 用可编程序控制器(PLC)将普通机床改造为数控机床,简单易行,可靠性高,抗干扰能力强。经实践证明，普通车床数控化改造后都能取得良好的效果，它尺寸精度非常稳定，加工效率大大提高，具有一定的经济性、实用性和稳定性，对中小型企业的技术改造非常有效。
致谢
首先诚挚地感谢我的导师张正义工程师，在毕业设计的这段时间里，得到了他的悉心指导和帮助。课题研究、论文选题和论文修改的整个过程，都得到了导师的精心指导和热情帮助，论文的字里行间凝聚着他大量的心血和汗水导师们不仅教我治学之道，更授我为人之理，他们严谨的治学态度，活跃的学术思想，以及无私的敬业精神，都给我以深刻启迪。谨此表示衷心的感谢和致以崇高的敬意!
最后，向评审本论文的专家、教授、学者表示衷心的感谢。
参考文献：
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[15] FANUC 0i-TA功能说明书 北京FANUC公司
[16] FANUC梯形图编辑说明书 北京FANUC公司
[17] FANUC 0i-TA操作说明书 北京FANUC公司
[18] FANUC 0i-TA规格说明书 北京FANUC公司
附件
CK6163主要技术参数
项目 数据 项目 数据
床身上最大回转直径 630 mm 两顶尖间距离 1000 mm
刀架上最大回转直径 210 mm 主轴转速级数 四档自动变速
主轴转速范围 35--1500 r/min 主轴前端部型式 C8
主轴通孔直径 48 mm 主轴孔前端锥度 公制63
主轴顶尖 莫氏5号 尾座套筒直径 75 mm
尾座套筒程 75 mm 尾座套筒前孔锥度 莫氏5号
刀架工位数 4 X/Z向快进速度 3/6 m/min
x向行程 300 mm z向行程 1000 mm
主电机功率 11KW 自动润滑装置 MMXL-Ⅲ
X轴最小增量 0.005 mm Z轴最小增量 0.001 mm
验收标准：JB/T8324.1-96《简式数控卧式车床 精度》
JB/T8324.2-96《简式数控卧式车床 技术条件》 |
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