vm740s数控铣床升级改造和精度检测(附件)【字数：14346】
差范围 147、需要用到的仪器与工具 148、检测步骤 15三、冷却功能设计 15（一）冷却功能控制电路图设计 15（二）冷却的输出电路图设计 16（三）冷却控制梯形图设计 171、功能指令介绍 172、M代码译码过程 193、单按钮启动停止梯形图设计 214、冷却控梯形图设计 225、手动控制冷却梯形图分析 226、自动控制冷却梯形图分析 23四、润滑功能设计 23（一）润滑功能控制电路设计 23（二）润滑功能输出电路图设计 24（三）润滑控制梯形图设计 241、功能指令介绍 242、M代码的处理 253、润滑控制梯形图设计 254、润滑的控制分析 26五、照明功能设计 27（一）照明控制电路图设计 27（二）照明输出电路图设计 27（三）照明控制梯形图设计 28六、主轴定向功能的设计 28（一）定向的控制梯形图设计 281、工作方式与输入/出信号 282、限制条件 293、M19代码执行完成 304、定向异常报警 30七、主轴正转、反转、停止梯形图的设计 30（一）主轴正转控制设计 30（二）主轴反转控制设计 33（三）主轴旋转停止设计 33总 结 37参考文献 38致 谢 39一、绪论数控机床的全称为数字控制机床，是一种通过运行程序控制系统的自动化机床，可以通过事先编写好的程序，使机床运动并加工零件。集成了机械、自动化、计算机、测量等最新科技于一体的数字控制机床。数控机床的出现，表明了时代的进步，它的出现极大的降低了劳动力，同时也很好的解决了复杂多样的结构、精度要求、加工数量等零部件的加工难题，极好的提高了企业的生产效益。作为一个工业大国，我国拥有数以千万台的数控机床，且绝大多数的机床都未曾定期保养或是没有保养的情况，再加之使用年限超长，新机床就变成老机床，机床配件逐渐老化，加工水平下降，故障频出，能够加工的种类少，生产成本较高，严重影响产品的质量与生产的效率。对于一些企业来说，机床闲置会造成浪费，继续使用成本过高，如同“曹操吃鸡肋，食之无味，弃之可惜”。但是购买新的机床又显得浪费资源，面对这种窘境，对老旧闲置机床的升级改造是一个比较不错的办法，投入少，效果呈现快，也在大多数企业的承受范围内。现有一台VM740S数控铣床，由于使用时间长，硬件老化，局部功能失效，机床故障频出，程序运行时间较长，对于一些精度要求较高的产品则无法加工，即将闲置。现基于K2000MCi 数控系统，对其进行改正升级重新设计硬件线路，设计编写梯形图，机械部分装调，精度检测，以达到常规生产的要求。本论文的内容主要包括以下几个方面1、进给倍率功能设计；2、模式选择功能设计；3、主轴倍率功能设计；4、快速倍率功能设计；5、主轴定向功能设计；6、主轴正转-反转-停止功能设计；7、冷却功能设计；8、润滑功能设计；9、照明功能设计；10、排屑功能设计；11、在线测头功能设计；12、空运行、单段等辅助功能设计；13、主轴的装配与调试；14、精度检测。此次升级改造涉及内容之多且有一定的难度系数，故与李波同学组成团队在老师的指导下一同完成。李波同学主要负责四个倍率按钮、排屑、在线测头、辅助功能的设计以及主轴的装配与调试。其余的则有本人负责设计。二、机床几何精度检测精度的合格与否决定了机床的加工质量，为了保证机床在正常切削加工时能够满足加工的精度要求，所以必须在机床加工前进行必要的精度检测，以确保加工后工件拥有合格的精度。主要的检测项目有线性运动的直线度、X轴线运动与Y轴线运动间的垂直度、主轴轴线和Z轴线运动间的平行度、主轴轴线和X轴线运动间的垂直度、主轴轴线和Y轴线运动间的垂直度。（一）线性运动直线度1、X轴线运动直线度（1）检测平面在Z轴与X轴相交的垂直平面内。（2）检测平面在X轴与Y轴相交的水平面内。2、X轴线运动直线度检测方法 X轴线运动直线度的检测方法 ，如图1-1所示。3、X轴的允差范围 X轴的直线度的允差范围，如表1-1所示。检测长度允差范围X≤500mm0.006mm500mm＜X≤800mm0.010mm800mm＜X≤1250mm0.013mm1250mm＜X≤2000mm0.016mm4、需要用到的仪器与工具（1）干净的抹布（2）大理石平尺（3）等高垫块（4）杠杆式百分表 （5）铜皮 （6）橡胶锤5、检测步骤（1）检测在ZX垂直面内X轴的直线度，将主轴升高到适当位置，把工作平面的中心位置移动到主轴的正下方。（2）用气枪将工作平面吹净，再用干净的抹布将工作平面擦拭干净。（3）将等高垫块擦拭干净，沿着X轴，平行放置在工作平面上。（4）用干净的抹布将大理石平尺的检测面擦拭干净，沿着X轴竖直放置在等高垫块上。（5）用干净的抹布将主轴擦拭干净，然后将百分表吸附在主轴上，移动机床，将表针压在大理石平尺检测面的左端，使表针与检测面呈15°到30°的夹角。如图1-2所示，压表，使表针偏转大约0.15mm后调零。（6）移动机床的工作平面，使指针从检测面的左端缓慢匀速的移动到右端，检测大理石平尺的两端是否等高（表盘上的指针在两端是否都指向零刻度线，极小偏差可以忽略），若不等高则使用铜皮，垫在相对较低的位置，直至等高。（7）移动机床的工作平面使表针缓慢匀速的从左端移动到右端并记录最大偏转数值。（8）检测XY水平面内的直线度，将主轴抬高到一定高度，调整大理石平尺的位置，将大理石平尺水平放置在垫块上，移动机床，使表针压在大理石平尺检测面的左端，使表针与检测面呈15°到30°的夹角，压表，使表针偏转大约0.15mm后调零。（9）移动机床的工作平面，使表针从左端缓慢匀速的移动到右端，检测大理石平尺的两端是否调零，如图1-4（找正平尺）。若不为零则用橡胶锤轻敲至零位为止，如图1-3所示。（10）移动机床的工作平面，使指针从左端开始缓慢匀速的移动到右端，记录其中的最大值。6、Y轴线运动直线度（1）检测平面在Y轴与Z轴相交的垂直平面内。（2）检测平面在X轴与Y轴相交的水平面内。7、Y轴线运动直线度检测方法Y轴线运动直线度的检测方法，如图1-5所示。8、Y轴的允差范围 Y轴直线的的允差范围，如表1-2所示。检测长度允差范围Y≤500mm0.006mm500mm＜Y≤800mm0.010mm800mm＜Y≤1250mm0.013mm1250mm＜Y≤2000mm0.016mm需要用到的仪器与工具（1）干净的抹布（2）大理石平尺（3）等高垫块（4）杠杆式百分表 （5）铜皮 （6）橡胶锤10、检测步骤（1）检测在YZ垂直面内Y轴的直线度，将主轴升高到适当位置，再把工作平面的中心位置移动到主轴的正下方。（2）用气枪将工作平面吹净，再用干净的抹布将工作平面擦拭干净。（3）将等高垫块擦拭干净，沿着Y轴平行放置在工作平面上。（4）用干净的抹布将大理石平尺的检测面擦拭干净，沿着Y轴竖放在等高垫块上。（5）用干净的抹布将主轴擦拭干净，然后将百分表吸附在主轴上，移动机床将表针压在大理石平尺检测面的里端，使表针与检测面呈15°到30°的夹角，压表使表针偏转大约0.15mm后调零，如图1-6所示。（6）移动机床的工作平面，使指针从大理石平尺的里端移动到外端，检测大理石平尺两端是否等高（表盘上指针在两端时是否指向零刻度线，极小偏差可以忽略），若不等高则使用铜皮，垫在相对较低的位置，直至等高。（7）移动机床，使表针缓慢匀速的从里端移动到外端，并记录最大偏转数值。（8）检测XY水平面内的直线度，将主轴抬高到一定高度，调整大理石平尺的位置，将平尺沿着Y轴方向平放在等高垫块上，移动机床使表针压在平尺检测面的里端，使表针与检测面的角度在15°到30°之间。压表，使表针偏转大约0.15mm后调零。（9） 移动机床，使表针从里端缓慢匀速移动到外端，检测平尺两端是否调零（找正平尺），若不为零，则用橡胶锤轻敲至零为止。（10）移动机床，使指针从里端开始缓慢匀速的移动到外端，记录其中的最大值。（二）X轴与Y轴轴线运动间垂直度1、X轴与Y轴运动间垂直度检测方法X轴与Y轴运动间垂直度的检测方法，如图1-7。2、允差范围 XY轴的允差范围，如表1-2所示。检测长度允差范围500mm0.012cm3、需要用到的仪器与工具（1）干净的抹布（2）大理石方尺（3）杠杆式百分表（4）铜皮 （5）橡胶锤4、检测步骤（1） 将主轴升高到适当位置，把机床工作平面的中心位置移动到主轴的正下方，用气枪将工作平面吹净，再用干净的抹布将工作平面擦拭干净。（2）将大理石方尺检测面擦拭干净，放置在工作平面上，再将百分表吸附在主轴上，移动机床的工作平面，使表针压在大理石方尺检测面的左端，使表针与检测面呈15°到30°的夹角，压表，使表针偏转大约0.15mm后调零。（3）移动Y轴，使表针从左端缓慢匀速的移动到右端，查看大理石方尺两端是否调零。若不为零，则用橡皮锤轻敲不为零的一端，直至为零，如图1-8所示（指针在O刻度线左边敲A点，在右边敲B点），再重复上述操作，检测是否调零。（4）重新调整百分表的位置，使表针压在大理石方尺侧面的外端，使表针与接触面呈15°到30°的夹角，如图1-9所示。压表使表针偏转大约0.15mm并调零。（5）移动机床，使指针从外端开始缓慢匀速的移动到里端，记录其中的最大值。（三）主轴轴线和Z轴线运动间平行度1、主轴与Z轴轴线平行度检测方法主轴轴线与Z轴轴线的平行度的检测方法，如图1-10所示。2、检测平面在平行于Y轴线的YZ垂直平面内。在平行于X轴线的ZX垂直平面内。3、允差范围 主轴与Z轴平行度允差范围，如表1-3所示。检测长度允差范围300mm0.010cm4、需要用到的仪器与工具（1）干净的抹布（2）检验棒（3）杠杆式百分表（4）铜皮 （5）橡胶锤5、检测步骤（1） 将主轴升高到适当位置，把工作平面的中心位置移动到主轴的正下方，用气枪将工作平面吹净，再用抹布将工作平面及主轴锥孔擦拭干净。（2）将检验棒及锥面擦拭干净，放入主轴锥孔内。（3）将百分表吸附在工作平面上，并且位于主轴正前方的位置。（4）移动机床，使指针压在检验棒上端靠近主轴位置，让表针与检验棒检测面呈15°到30°的夹角，然后压表，使表针偏转0.15mm，左右移动X轴寻找指针偏转的最大值并调零。（5）移动Z轴缓慢匀速上升大概300cm，使表针移动到检验棒的下端后，左右移动机床寻找指针偏转的最大值并记录数据。（6）移动机床使指针远离检测面，将检验棒旋转（手推定位块旋转）180°，如图1-11A所示，依照上述操作，再检测一次并记录数据，两次数据的平均值，即为最终数据。（7）、重新调整百分表位置，使其吸附在位于主轴侧面的工作平面上，重复上述操作，如图1-12所示。（四）主轴轴线与X轴线运动间垂直度1、主轴与X轴运动间垂直度检测方法主轴与X轴运动间的垂直度的检测方法，如图1-13所示2、允差范围 主轴与X轴的垂直度检测允差范围，如表1-4所示。检测长度允差范围300mm0.010cm3、需要用到的仪器与工具（1）干净的抹布（2）大理石平尺（3）杠杆式百分表（4）等高垫块。4、检测步骤（1） 将主轴升高到适当位置，把工作平面的中心位置移动到主轴的正下方，用气枪将工作平面吹净，再用抹布将工作平面及锥孔正下方擦拭干净。（2）将垫块擦拭干净，沿着X轴平行放置在工作台面上，将大理石平尺擦拭干净，沿着X轴方向放在垫块上。（3）把百分表吸附在主轴锥孔的正下方（若是无法吸附牢靠，可将主轴上的定位块拆下吸附），如图1-11A所示。（4）移动机床使指针压在大理石平尺左端的位置，让表针与检测面呈15°到30°夹角，压表使指针偏转0.15mm后调零。（5）转动主轴（手推定位块旋转），使指针从大理石平尺左端转动到右端，旋转半径为150mm，记录表盘上的数据，如图1-14所示。（五）主轴轴线和Y轴线运动间垂直度1、主轴与Y轴垂直度检测方法 主轴与Y轴垂直度的检测方法如图1-15所示2、允差范围 主轴与Y轴得我允差范围，如表1-5所示。检测长度允差范围300cm0.010mm3、需要用到的仪器与工具（1）干净的抹布（2）大理石平尺（3）杠杆式百分表。4、检测步骤（1）将主轴升高到适当位置，把工作平面的中心位置移动到主轴的正下方，用气枪将工作平面吹净，再用抹布将工作平面擦拭干净。（2）将等高垫块擦拭干净，沿Y轴放置在工作台上，将大理石平尺检测面擦拭干净，放置等高垫块上。（3）把百分表吸附在主轴锥孔的正下方（若是无法吸附牢靠，可将主轴上的定位块拆下吸附），如图1-11A所示。（4）移动机床使指针压在大理石平尺检测面的外端位置，让表针与检测面呈15°到30°的夹角，压表，使表针偏转0.15mm后调零，如图1-16。（5）手动转动主轴，使指针从外端转动到里端，旋转半径为150mm，记录表盘上的数据。（六）工作平面与X/Y轴线运动间平行度1、工作平面与X轴平行度检测方法工作平面与X轴的平行度的检测方法，如图1-17所示2、允差范围 工作平面与X轴平行度的允差范围，如表1-6所示。检测长度允差范围X≤500mm0.012mm500mm＜X≤800mm0.016mm800mm＜X≤1250mm0.020mm1250mm＜X≤2000mm0.025mm3、需要用到的仪器与工具 （1）干净的抹布（2）大理石平尺（3）百分表（4）等高垫块4、检测步骤（1） 将主轴升高到适当位置，把工作平面的中心位置移动到主轴的正下方，用气枪将工作平面吹净，再用抹布将工作平面擦拭干净。（2）将垫块擦拭干净，沿着X轴平行放置在工作平面上。（3）将大理石平尺的检测面擦拭干净，放置在垫块上。（4）将百分表吸附在主轴上，移动机床，将表针压在大理石平尺的左端，表针与检测面呈15°到30°的夹角，压表，使表针偏转0.15mm后调零。（5）移动机床，使表针从左端移动到右端，如图1-18所示，记录表盘的数据。5、工作平面与Y轴平度检测方法工作平面与Y轴的平行度的检测方法，如图1-19所示6、允差范围 工作平面与Y轴平行度的允差范围，如表1-7所示。检测长度允差范围Y≤500mm0.012mm500mm＜Y≤800mm0.016mm800mm＜Y≤1250mm0.020mm1250mm＜Y≤2000mm0.025mm7、需要用到的仪器与工具 （1）干净的抹布（2）大理石平尺（3）百分表（4）等高垫块8、检测步骤（1） 将主轴升高到适当位置，把工作平面的中心位置移动到主轴的正下方，用气枪将工作平面吹净，再用抹布将工作平面擦拭干净。（2）将垫块擦拭干净，沿着Y轴平行放置在工作平面上。（3）将大理石平尺的检测面擦拭干净，放置在垫块上。（4）将百分表吸附在主轴上，移动机床，将表针压在大理石平尺的左端，表针与检测面呈15°到30°的夹角，压表，使表针偏转0.15mm后调零。（5）移动机床使，表针从外端移动到里端，如图1-20所示，记录表盘的数据。三、冷却功能设计冷却功能主要是在机床高速切屑时，用于给工件以及刀具进行冷却降温并起保护保护作用的，保证切屑的正常进行。冷却的控制是通过按下操作面板上的冷却按钮，完成冷却的开与关，或是在加工程序中执行冷却的M代码实现开与关。（一）冷却功能控制电路图设计如图2-1，选X48.7作为冷却按钮的输入信号，此信号通过接口XS91进入数控系统，冷却输出指示灯（Y0.3）在 I/O LINK板上的，冷却的输出线应接在I/OLINK板角号为DO-B2的接口上，要求按下冷却按钮或是执行M08指令（冷却液开的M代码），指示灯亮起。（二）冷却的输出电路图设计如图2-4，选I/OLINK输出板上的Y0.3（由于凯恩帝系统的参数设定信号偏移12，所以Y0.3对应的是Y12.3）为输出信号。当Y12.3得电，中间继电器的线圈得电，中间继电器动作，图2-3，中间继电器常开触点KA4闭合，断路器QM1处于闭合状态，接触器KM1线圈得电，接触器动作，主触点闭合（接触器线圈要加装灭弧器FV1A），使图2-2中接触器KM1常开触点闭合，图2-2中断路器QM1处于闭合状态，冷却电机得到004/005/006三相380V交流电压（电机要加装灭弧器FV1且要做接地处理）。电机开始工作，主轴上的出水口开始出水。选I/OLINK板上角号为DI-B14的X3.3作为过载信号（由于凯恩帝的参数设定信号偏移12，所以X3.3对应的是X15.3），当电机出过载时断路器QM1断开，断路器QM1的辅助常闭触电闭合， X3.3（X15.3）得电，系统检测到电机过载。（三）冷却控制梯形图设计1、功能指令介绍（1）COD指令介绍COD是把BCD 码转化为二位或四位BCD数，将输入地址中的BCD数据，在转换表中找到对应序号，将序号代表的数据以BCD码的形式存入到输出数据的地址中去，使用格式 BYT表示需要转换数据的位数，二个字节还是四个字节，0是两位BCD码1是四位BCD码。REST表示复位，在转换出错时使用，使该功能指令重新工作。ACT表示此功能指令的开始工作的条件。其次就是表数据容量，输入输出的地址，以及指令错误输出线圈，如图2-5。举例当输入地址存放的数据为5，此指令开始工作，COD就会在表地址中找到编号5，再将5所代表的数值，假如5对应10,就会将10放到输出地址中，指令工作完成。（2）DEC指令介绍DEC为译码指令，使用格式如图2-6译码过程，例如2-7图中的DEC是译R79～R78（译码地址）存储的数据，“99”表示译码值，“11”表示高位（R79）低位（R78）都译码，若R79～R78中存储的数据是“99”，则输出一个信号，R103.6=1，若R79～R78存储的不是“99”而是其他的，则会开始译码，例如R79～R78存储的是0280，则会使R78.1=1,R79.7=1，如表2-1。R78=02BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT08421842100000010R78.1=1R79=80BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT08421842110000000R79.7=1（3）MOVOR指令介绍MOVOR辑或后传输指令，将输入地址中的数据与逻辑和地址中的数据相乘，最终结果存储到输出地址中去如图2-8。该指令的执行原则就是有1出1，全0出0。2、M代码译码过程如图2-9，F3中的数据是存储着M代码的数值，例如输入M78 则F3中的数据是78。将F3中的数据在COD表中的对应数据0420（如图2-10），存储在R79（高位）～R78（低位）中，“04”存在高位“20”存在低位。R79～R78再经过译码指令进行译码，如果R79～R78中存储的数据是99，则译码指令就会输出一个信号，线圈R103.5得电，信号变为“1”，使得G16.0的取反线圈得电，信号变为“1”，其常闭断开，停止译码。若不为99，则会继续执行译码指令，R79中存储的为“04”，经过译码指令后R79.2的信号变为“1”，其常开接通，如图2-9，开始执行MOVOR逻辑或后传输指令， 由于R78中存储的为“20”，经过译码后R78中的第五位由“0”→“1”，其余位均为“0”，再将R78与R82相或之后存储在R82中，使得R82中的的第五位由“0”→“1”，使得R82.5=1，M78的M代码译过程结束。图2-93、单按钮启动停止梯形图设计如图2-11，（1）在第一个刷新周期内，第一、二行当X1.1接通时， Y1.2的常闭为接通状态，所以Y1.1与Y1.2线圈同时得电，使第三、四行Y1.1的常开接通，Y1.1常闭为断开状态，Y1.3的常闭为接通状态，Y1.3常开为断开状态，所以Y1.3的线圈接通。在第二个刷新周期内，第一行X1.1状态不变，Y1.2的常闭断开，Y1.1线圈失电，第二行不变，第三行Y1.1常开断开，Y1.3常闭断开。第四行Y1.3常开接通，Y1.1的常闭接通，形成自锁，使Y1.3一直得电。（2）当再次让X1.1得电，Y1.3才会断开。在第一个刷新周期内，当X1.1再次得电，第一、二行X1.1接通， Y1.2的常闭为接通状态，所以Y1.1与Y1.2线圈同时得电，第三行Y1.1常开接通，Y1.3常闭处于断开状态。第四行Y1.3常开处于接通状态，Y1.1常闭断开，所以Y1.3的线圈失电。第二个刷新周期内第一、二行X1.1、Y1.2状态不变，Y1.2常闭断开，Y1.1线圈失电。第三、四行Y1.1断开、Y1.3常闭接通、Y1.3常开断开、Y1.1常闭接通，Y1.3的线圈依然失电。4、冷却控梯形图设计如图2-12，冷却的输入信号为操作面板上的冷却按键信号X48.7，输入的信号也包括在MDI的模式下，执行冷却的M代码指令，作为输入信号冷却开启为M08，冷却停止为M09。为了区别出代码开与关的作用效果，开的M代码只能控制开，关的M代码只能控制关，防止当同一个M代码执行两次，错误的使冷却电机启动然后停止，或是让正在转的电机停止然后再启动，所以必须在冷却开启M08对应的R80.3后并上一个G24.3的常闭，在冷却关闭M09对应的R80.4后并上一个G24.3的常开， G24.3为切屑液开与关的状态，冷却开启时其线圈得电，关闭时失电。 这样一来，输入开或关的M代码，必须与冷却功能当前所处于的状态相反时才会有效，否则无效。最后就是一个冷却的输出信号Y12.3，G24.3的线圈与面板的冷却指示灯Y48.7。X15.3为冷却电机的的过载输入信号，K10.3为冷却过载时，是否选择报警的触点，冷却过载报警置位线圈为R403.3，得电冷却电机报警，失电报警解除。5、手动控制冷却梯形图分析按下机床操作面板上冷却按钮，图2-12中的X48.7常开接通，机床冷却为有效，K6.1常开接通，此时R800.6处于接通状态，线圈R800.5得电，线圈R800.6得电，在下一个扫描周期没有到来之前R800.6的常闭是不动作的，所以R800.5不会因线圈R800.6得电而失电。由于R800.5线圈得电，所以其对应的常开点接通。急停是未按下，所以G27.4是接通的，且电机未处于过载状态，所以R403.3常闭是接通的，这样一来线圈G24.3、Y12.3、Y48.7就都得电，冷却按键指示灯亮，冷却电机开始工作。再次按下时，冷却电机就会停止工作。6、自动控制冷却梯形图分析在MDI模式下输入M08，按下循环启动按钮，M代码的数据被储存在图2-9的F3中，经过代码的译码处理后，图2-10中的R80.3的常开点接通， G24.3常闭接通，导致R800.5与R800.6都得电，但是在下一个刷新周期没有到来之前，R800.5不会因为R800.6的得电而失电，接下来就是 R800.5的常开点动作，接通旁边的G24.3的常闭是处于接通状态的，且没有过载报警，所以R403.3是处于接通的状态的，这样一来线圈G24.3、Y12.3、Y48.7线圈得电，冷却按键的指示灯亮起，冷却电机开始工作。四、润滑功能设计润滑功能主要是减少机床在移动时的滑动阻力，减小机床移动对精准度的影响，防止机床在移动时出现干磨的情况损坏轨道。另外，还具有一定的防止生锈的作用。润滑功能可以是自动润滑，数控系统根据设定的时间，自动启动润滑电机开始润滑打油，或是通过操作面板上润滑按键进行手动润滑打油，再或是输入M代码指令进行润滑，但最后一种方法并不常用。（一）润滑功能控制电路设计如图3-1，选X40.7为润滑按钮的输入信号，从此信号通过接口XS91进入数控系统，润滑输出指示灯Y0.4在I/O LINK板上，冷却的输出线应接I/OLINK板角号为DO-A3的接口上，要求按下润滑按钮或是执行M32指令（润滑开的M代码），指示灯亮起。（二）润滑功能输出电路图设计 如图3-2，选I/O LINK输出板上的Y0.4（由于由于凯恩帝系统的参数设定信号偏移12，所以Y0.4对应的是Y12.4）为输出信号。当a图中Y12.4得电，中间继电器KA13线圈得电动作，使b图中中间继电器KA13的常开触点闭合，使接触器KM7的线圈得电（接触器线圈要加装灭弧器FV7A），接触器线圈得电使图3-3中的接触器KM7的主触点闭合，断路器QF12是处于闭合状态的，所以当接触器的触点闭合时，润滑泵就可以得电，开始润滑的工作(电机需要加装灭弧器FV6且做好接地处理)。（三）润滑控制梯形图设计1、功能指令介绍TMR定时指令，格式如图3-4，ACT表示该指令是否执行的条件，TMR为指令名称，00为定时器编号，每一个编号对应一个设定的时间，MOC为定时器的输出线圈。该指令的工作过程是满足执行条件，开始计时，时间为事先设定值，当计时间到达设定时间，线圈就会得电输出，线圈的常开常闭触点动作，常开闭合，常闭断开。 2、M代码的处理冷却控制的指令代码是M32（COD表中对应的数据0208）润滑开与M33（COD表中对应的数据8001）润滑关，M代码得数值是存储在F3中的（输入的指令为M32则F3中存的数据是32，输入的指令为M33则F3中存放的数据是33。），在译码时，F储存的数据是不能直接拿来用，必须用COD将其转变为对应的数值储存在R79～R78里，再用DEC译码指令，译R79～R78中的数据是否为99，若是，则译码过程停止，若不是则译码继续，最终使得M32对应的R81.3=1，M33对应的R87.0=1。3、润滑控制梯形图设计如图3-5，自动（定时）润滑的自动润滑的控制部分，K3.0是选择是否自动润滑， G24.4为M32的输出状态，用来区别启动与停止的互锁信号，T06号计时器设定的时间决定润滑的频率，T05号计时器为每次润滑的时长，R276.2为自动润滑的启动输出线圈，R276.3为自动润滑的停止输出线圈，将线圈的常开并联在润滑控制梯形图对应的启动/停止位置，这样就要实现自动（定时）润滑的功能。如图3-6为润滑的控制梯形图，主体是一个单按钮启动停止的控制方式。润滑的输入信号为操作面板上的润滑按键X40.7，同时输入信号包括MDI方式下执行对应的M代码润滑启动M32，润滑停止M33。G24.4是M32的输出状态，也可以理解为此时润滑是否在开启状态，得电开启，失电停止。Y12.4润滑的输出线圈与Y40.7操作面板上润滑按键灯输出线圈，润滑开始线圈得电灯亮，润滑结束线圈失电灯灭。4、润滑的控制分析（1）自动润滑线圈R276.2与线圈R276.3为自动润滑的启动线圈与关闭线圈，如图3-6，控制过程为①→②→③→④→⑤。当系统上电完毕后，定时器号为T06的TMR计时指令开始计时3600000毫秒，计时时间到，线圈R276.2接通，其常开闭合，使得线圈R276.4得电一个扫描周期，G24.4线圈未得电，常闭接通，无润滑报警，R276.4的常开闭合，使G24.4线圈接通，最终使Y12.4与Y40.7线圈接通，润滑电机工作，开始润滑。在G24.4得电后，定时器号为T05的TMR计时指令，开始1500毫秒的计时，计时时间到达，线圈R276.3接通，使得线圈R276.4再次接通，在润滑时，R276.4的常闭接通，G24.4的常开接通，R276.4线圈得电，其常闭断开，使得G24.4失电，最终使Y12.4与Y40.7失电，电机停止工作，同时操作面板上的指示灯熄灭。（2）手动润滑按下操作面板上的润滑按钮，线圈R276.4得电，随之其常开就会闭合，使线圈G24.4得电，从而让线圈Y12.4、Y40.7得电，面板润滑按钮的灯亮起，开始润滑，反之再次按下按钮，润滑输出线圈Y12.4失电，润滑停止。五、照明功能设计照明功能是机床一项非常重要功能，在日常的切屑加工中提供足够的光源以便观察工件的切屑情况，便于操作者对现异常的情况作出及时的判断与调整。主要通过控制面板上的按键来进控制以及开机自动亮灯。（一）照明控制电路图设计 如图4-1，选，X40.6为照明按钮的输入信号，从此信号通过接口XS91进入数控系统，照明信号指示灯（Y0.2）在I/OLINK板上，照明的输出线应接在I/O LINK板角号为DO-A02的接口上 ,要求按下照明按键照明灯亮起或是在开机时照明灯亮起。（二）照明输出电路图设计选I/OLINK板的Y0.2作为输出信号（由于凯恩帝系统的参数设定信号偏移12，所以Y0.2对应的是Y12.2）为输出信号。如图4-3，当Y12.2得电，中间继电器KA5的线圈得电。如图4-2，KA5继电器的常开触点闭合，QF10是处于闭合状态，照明灯得电亮起，当Y12.2失电，照明失电熄灭。 （三）照明控制梯形图设计如图4-4，控制梯形图主体是一个单按钮启动停梯形图，（如图2-12，及其简单的介绍），输入信号是操作面板照明的按钮X40.6与开机自动亮灯信号G13.4组成，输出信号为Y12.2，操作面板按钮指示灯Y40.6。当X40.6接通时,线圈R281.0的得电，使线圈Y12.2、Y40.6线圈得电，照明按钮指示灯亮起，照明灯亮起，R281.7得电形成自锁。或是按下开机键，梯形图第一次扫描没有结束时，G13.4常闭是处于闭合状态，使线圈R281.0得电，这样就使得线圈Y12.2、Y40.6得电，使照明按钮的灯亮起，R281.7得电形成自锁，照明灯自动亮起。六、主轴定向功能的设计主轴的定向功能对数控机床的智能生产与正常的加工是非常重要的，当执行一段加工程序需要使用两把及以上的刀具时，则需要自动换刀，而换刀的一个关键的就是主轴必须停在指定的高度,旋转到特定的角度，才能换刀。（一）定向的控制梯形图设计1、工作方式与输入/出信号（1）手动方式，在手动方式下通过手动按键X52.7来控制，如图5-1。（2）自动方式，在自动方式下通过执行M19（R81.5）来控制，如图5-1。（3）定向输出信号为Y12.5如图5-2。2、限制条件（1）执行定向时必须处于紧刀到位状态，所以需要添加G15.6的常开，如图5-1，主轴也不能有位置输出，所以需要添加一个R956.0的常闭，如图5-2。（2）当执行完定向后需要一些条件来断开定向信号，所以需要添加外部复位和急停信号，即添加G27.7常闭信号，如图5-1。G27.4的常开信号，如图5-2。（3）当有报警时也要切断定向输出信号，所以需要添加报警信号的常闭（R401.2与R404.7），即每当有报警的时候，常闭立即断开，定向输出断开，如图5-2。（4）当需要执行定向时，主轴必须处于一个静止的状态即不能有正转、停止、反转的指令来影响主轴状态，所以需要有R90.0、R90.1、R90.2的常闭放置在输出线圈的前面，如图5-2。（5）参数选择是否执行定向程序与定向控制方式，即K5.2(第一主轴定向功能 1-有效、0-无效)，K5.3(第一主轴定向控制方式1-伺服总线、0-IO点控制) 如图5-2。（6）主轴静止时是自动处于一个停止的状态，所以G24.5是处于一个常开接通的状态，所以要加一个G24.5的常开，只要常开一断开，Y12.5就失电，就没有定向输出，无法定向，如图5-2。（7）当Y12.5线圈的得电后，X12.1的信号变为1，为了防止误触，所以增加了一个延时继电器（TMRB），当X12.1的信号变为1后，延迟100毫秒后G15.1线圈的信号变为1，即定向完成如图5-2。3、M19代码执行完成（1）需要有一个信号来反馈M代码完成，所以要G15.1和R705.2的常开与R1529.7线圈串联，当定向完成，R1529.7就会得电， 再加上R1529.7的常开形成自锁，如图5-3。4、定向异常报警（1）当执行定向程序后Y12.5与G15.1的信号不同时接通时需要有一个报警即为定向完成信号异常检测（R480.3）。（2）当R480.3常开接通且K5.2接通，3秒(需要一个延时继电器TMR)后有一个主轴定向失败报警（R401.2置位线圈）。七、主轴正转、反转、停止梯形图的设计在数控机床中主轴旋转的部分是极其重要的功能，机床加工全靠主轴的旋转带动刀具转动来切屑工件，以达到加工目的。主轴正转、反转的切换过程，主轴旋转时在必要的时刻马上停止旋转的过程，主要是靠PLC梯形图的控制来完成的。（一）主轴正转控制设计1、如图6-1，主轴正转的输入信号为操作面板的正转按钮X43.7的信号，但是此信号必须将模式切换到手轮或是手动的模式下，按下按钮才有输入的信号，在其他的模式下按下则无效，所以必须有一个包括两个模式的R6.6的常开。信号的输入不单是按钮还有M指令的执行，所以还需要一个正转的M代码对应的R80.0的常开，最后就是一个输出信号的线圈R90.0。2、如图6-2，在手动模式下按下按钮或是在自动模式下执行正转指令，R90.0的常开接通，同时PLC会检测是否有异常信号存在（1）松刀是否到位(G15.5)。（2）紧刀是否到位(G15.6)。（3）是否处于与急停、复位状下（R58.6)。若是无任何异常则输出一个信号，R47.7的线圈接通。3、如图6-3，在无任何异常后R47.7的常开接通， R90.0的信号才会给到R98.0使其线圈接通，随之形成自锁。4、如图6-4，因为R98.0线圈得电，所以R95.6的线圈得电。5、如图6-5，R96.6的线圈得电常开闭合，且主轴未处于制动状态（R99.7的线圈不得电为0）与定向状态状态（Y12.5=0），则输出一个信号，R96.6的线圈得电。6、如图6-6，线圈得电，R96.6的常开闭合。且主轴并未处于反转的状态（R96.5=0）及紧刀到位（G17.6=0）。则G24.0线圈得电与指示信号Y43.7线圈得电，正转的信号输出，主轴开始正转，操作面板的正转按钮的指示灯亮起。（二）主轴反转控制设计反转的输入信号手动方式下X51.2；自动方式下R80.1。反转的输出信号G24.5。反转的控制方式与正转的控制方式是一样的，可以参照的方式进行设计。（三）主轴旋转停止设计1、如图6-7，主轴停止旋转的输入信号是操作面板的按钮X40.5的信号，此信号必须是手动或是手轮的模式下，按下才有输入的信号，在其他的模式下则无效，所以要加一个包括手动、手轮模式的R6.6常开，信号的输入不单是按钮信号，还有M指令的执行，所以需要R80.2的常开，最后就是一个输出信号R90.2的线圈。2、如图6-8，主轴处于旋转的状态时，线圈R47.3与R47.7 处于得电的状态，线圈R47.4是处于失电的状态。当线圈R90.2得电时，常开触点R90.0闭合，相应的线圈R47.3的线圈的电，R47.3的常闭触点动作断开，使得R47.4的线圈得电，让R47.4的常闭触点动作断开最终使得线圈R47.7的线圈失电。3、如图6-9，在旋转时线圈R98.0（正转）或R98.1（反转）有一个的线圈是得电的，处于接通的状态。以反转为例，当旋转停止信号输入时，线圈R47.7就会得电使得它的常开触点由闭合状态改变为断开状态，从而使得线圈R98.1失电。当线圈R98.1的线圈失电后，随即R98.1的常开触点动作断开，使得原本接通的线圈R95.5失电，从而触发主轴的制动效果。4、如图6-10，当主轴处于正转的状态时，R96.6的常开触点是出于接通的状态，当在正转的情况下，有停止的信号输入时，线圈R95.6会失电，使得常闭触点R95.6由断开的状态变成闭合的状态，让置位线圈R99.7得电，使R99.7的常开触点闭合，在闭合之后，触发定时器号为07的TMR开始计时20毫秒，计时时间到，线圈R99.6得电。 6、如图6-11由于主轴处于反转的状态，所以R95.5与R96.5是处于接通的状态，R99.7的常闭断开，常开接通。R99.6的常闭触点断开，使线圈R96.5失电。7、如图6-12，由于主轴处于正转的状态，R96.5、G17.6、G17.4的常闭触点是闭合的，R96.6开触点断开，最终使得线圈G24.0、Y43.7的线圈失电，操作面板上的正转指示灯熄灭。8、如图6-13，由于主轴反转信号G24.1的线圈失电，正转信号G24.0的线圈未得电，所以线圈G24.5、Y40.5的线圈得电，操作面底板的停止指示灯亮起，主轴停止旋转的信号输出，主轴停止旋转。9、如图6-12，当置位线圈G99.7得电，会使下一梯级的常开触点R99.6闭合，触发定时器号为08的TMR计时指令的50毫秒计时，计时时间到再次触发下一梯级定时器号为09号的TMR开始计时50毫秒，计时时间到，线圈R99.4得电，R99.4的常开闭合，从而R99.7的复位线圈得电，使原本的G99.7的置位线圈复位失电。若不复位则主轴则无法旋转。总 结 本次对数控机床的升级改造，极大地提高了机床的可持续使用性，降低了老旧机床的闲置率。主要涉及数控系统的连接与调试、机械安装与调试，设计了机床硬件电路的控制、系统控制的梯形图。梯形图是其中最为重要，是机床自动运行的一个必不可少的条件之一。在此过程中所用到的专业知识很多，如数控机床的电气装调、KNDPLCV5.6.1编程软件的应用、数控系统的连接与调试、凯恩帝数控系统常用参数的调试等。在进行实际设计时，在梯形图的编写方面遇到了许多困难，也是最主要的问题，但经过反复的实验操作，不断的优化改进，最终得到了一套控制简捷高效的控制梯形图，简化了排查故障繁琐的搜寻，提高了运行效率。在本次升级中1、根据进给倍率功能要求，完成了对进给倍率功能梯形图的设计；2、根据模式选择功能要求，完成了对模式选择功能梯形图的设计； 3、根据主轴倍率功能要求，完成了对主轴倍率功能梯形图的设计；4、根据快速倍率功能要求，完成了对快速倍率功能梯形图的设计；5、根据主轴定向功能要求，完成了对主轴定向功能梯形图的设计；6、根据主轴旋转功能要求，完成了对主轴旋转功能梯形图的设计；7、根据冷却功能要求，完成了对冷却控制功能的硬件电路与梯形图的设计；8、根据润滑功能要求，完成了对润滑控制功能的硬件电路与梯形图的设计；9、根据照明功能要求，完成了对照明控制功能的硬件电路与梯形图的设计；10、根据排屑功能要求，完成了对排屑控制功能的硬件电路与梯形图的设计；11、根据在线测头功能要求，完成了对在线测头控制功能的梯形图的设计；12、根据辅助功能要求，完成了对辅助功能的梯形图设计；13、根据要求完成了主轴的装配与调试；14、完成了对机床精度的测量。通过升级改造，可以很好的使老旧的机床重新投入到常规的生产当中去，极大程度上提高了老旧机床的利用率。参考文献北京凯恩帝数控有限公司. K2000MCi_V3.1_操作手册_150209.北京凯恩帝数控有限公司. K2000MCi_V3.1_连接调试手册_150209.龚仲华.数控机床电气设计典例.2014-07-01 /机械工业出版社.北京凯恩帝数控有限公司.K2000MCi铣床、加工中心连接调试手册.北京凯恩帝数控有限公司. K2000MCi铣床、加工中心连接调试参数手册.王兵 主编.数控机床结构与使用维护.化学工业出版社.北京凯恩帝数控有限公司. PLC梯图用户手册.吴祖育，秦鹏飞.数控机床（第三版）.2009-07-01 上海科学技术出版社.魏杰主编.数控机床结构.2009.03.01./化学工业出版社.中国国家标准化管理委员会.GB/T 20957.2-2007.精密加工中心检验条件第2部分立式或带垂直主回转轴的万能主轴头机床几何精度度检验.李玉兰. 数控机床几何精度检测.978-7-111-46649-9.机械工业出版社.李雪梅、王斌武. 数控机床第二版.2010.1-1.电子工业出版社.高安邦 .机床电气PLC编程方法与实例.2014-07-01.机械工业出版社.致 谢时光飞逝，转眼间就是毕业的季节，三年的时光不长不短时间刚刚好，装满了酸甜苦辣咸。在这短暂的时光里，老师们教给了我很多的专业知识，让我对数控设备应用与维护这个专业有了更加深入的了解。对于老师们的教诲与关心在这里我深表感谢！在过于的一年里，我要特别感谢我的导师——王勇老师，无论何时何地，他总是不厌其烦的帮助我，认真且细致的指导我，让我感受到了王勇老师认真负责的做事态度与对学生的关心。有一段集训的时间，王勇老师把他整理的所有的资料毫无保留的拿出来与我分享，在王老师的熏陶下，我也认识到了分享的重要性。对于同学们的请教，他从来没有拒绝过，即使再忙，也会帮同学们答疑解惑，甚至于还会扩展一些知识，只为了让我们可以学到更多的知识，以便在日后的工作中游刃有余。在我撰写论文时，对我的电器硬件控制连接电路做了许多指导，在我编写梯形图时提出了许多宝贵的意见与建议。王勇老师不单单关心我的学习还时常关心的我的身体状况与生活情况，让我注意睡眠与以饮食习惯，有时还会邀请我与他一起晨跑，有时还会讲一些人生的哲理给我听，教我做人的道理，使我受益匪浅。这一年可以说是非常宝贵的一年，我成长了也更加成熟了。在这里我要向王勇老师说一声谢谢您！在这还要特别感谢一下李波同学在我撰写论文的过程中给以的一些帮助与建议。在这三年里，我遇见很多老师，严肃的、可爱的、和蔼的、带喜感的，感谢我遇见的每一位老师，感谢你们的传道授业解惑。同样我也遇见了很多的同学，感谢你们为我的学习生活带来的欢乐，与我一起分享的一切，让我拥有了一段宝贵的记忆。
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