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前面介绍了通用机床的控制，在这类机床加工中，工序只能一道一道地进行，不能实现多道、多面同时加工，生产效率低，加工质量不稳定，操作频繁。为了改善生产条件，满足生产发展的专业化、自动化要求，经过人们长期对生产实践的不断探索、不断改进，进一步发明和创造了各类专用机床。专用机床是为完成工件某一道工序的加工而设计制造的，可采用多刀加工，具有自动化程度高、生产效率高、加工精度稳定、机床结构简单、操作方便等优点。但当零件结构与尺寸改变时，须重新调整机床或重新设计、制造，因而专用机床又不利于产品的更新换代。

  为了克服专用机床的不足，在生产中又发展了一种新型的加工机床。它以通用部件为基础，配合少量的专用部件组合而成，具有结构简单、生产效率和自动化程度高等特点。一旦被加工零件的结构与尺寸改变时，能较快地进行重新调整，组合成新的机床。这一特点有利于产品的不断更新换代，目前在许多行业得到广泛的应用。这就是本节要介绍的组合机床。

  组合机床的组成结构和工作特点

  1. 组合机床的组成结构

  组合机床是由一些通用部件及少量专用部件组成的高效自动化或半自动化专用机床。可以完成钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、攻丝、车削、铣削及精加工等多道工序，一般采用多轴、多刀、多工序、多面、多工位同时加工，适用于大批量生产，能稳定地保证产品的质量。图7-21为单工位三面复合式组合机床结构示意图。

  图7-21 单工位三面复合式机床结构示意图

  它由底座、立柱、滑台、切削头、动力箱等通用部件、多轴箱、夹具等专用部件，以及控制、冷却、排屑、润滑等辅助部件组成。

  通用部件是经过系列设计、试验和长期生产实践考验的，其结构稳定、工作可靠，由专业生产厂成批制造，经济效果好、使用维修方便。一旦被加工零件的结构与尺寸改变时，这些通用部件可根据需要组合成新的机床。在组合机床中，通用部件一般占机床零部件总量的70%~80%；其他20%~30%的专用部件由被加工件的形状、轮廓尺寸、工艺和工序决定。

  组合机床的通用部件主要包括以下几种：

  1) 动力部件。动力部件用来实现主运动或进给运动，有动力头、动力箱、各种切削头。

  2) 支承部件。支承部件主要为各种底座，用于支承、安装组合机床的其他零部件，它是组合机床的基础部件。

  3) 输送部件。输送部件用于多工位组合机床，用来完成工件的工位转换，有直线移动工作台、回转工作台、回转鼓轮工作台等。

  4) 控制部件。用于组合机床完成预定的工作循环程序。它包括液压元件、控制挡铁、操纵板、按钮盒及电气控制部分。

  5) 辅助部件。辅助部件包括冷却、排屑、润滑等装置，以及机械手、定位、夹紧、导向等部件。

  2. 组合机床的工作特点

  组合机床主要由通用部件装配组成，各种通用部件的结构虽有差异，但它们在组合机床中的工作却是协调的，能发挥较好的效果。

  组合机床通常是从几个方向对工件进行加工，它的加工工序集中，要求各个部件的动作顺序、速度、启动、停止、正向、反向、前进、后退等均应协调配合，并按一定的程序自动或半自动地进行。加工时应注意各部件之间的相互位置，精心调整每个环节，避免大批量加工生产中造成严重的经济损失。

 不断开发各种特殊功能与特殊功能模块，是当代PLC区别于传统PLC的重要标志之一。随着PLC技术的发展，其应用领域正在日益扩大。目前，PLC除在传统的逻辑控制、顺序控制等通用领域广泛应用外，在过程控制、运动控制等特殊领域也已经被大量应用。特殊功能与通用功能比较，其主要区别在于程序处理方式、控制对象、控制范围3个方面。

  ①程序处理方式 作为PLC的特殊功能与特殊功能模块，为了提高处理速度，CPU对程序的处理可以不使用常规的“循环扫描”方式，用户程序的执行不再需要经过输入采样、执行指令、输出刷新3阶段，而是直接由PLC的操作系统进行处理。PLC的集成中断处理、高速计数与高速脉冲输出功能即属于这一范畴。

  对于部分特殊功能模块，其本身就带有立的处理器、存储器等基本硬件与必要的软件，有的模块还可以立使用，此类模块通常称为智能模块。PLC对智能模块的控制，只需要在用户程序中调用标准程序块(通常由SIEMENS公司提供，用户只需要在程序中调用)，并通过标准程序块向模块发送必要的控制指令或检测其处理结果。

  因此，总的说来，PLC特殊功能的处理速度通常比普通的顺序逻辑控制程序的处理速度更快，可以用于高速系统的控制。

  ②控制对象 通过使用特殊功能与特殊功能模块，PLC的控制对象可以从传统的开关量逻辑运算扩展到模拟量检测、控制等以往需要通过集散控制系统(DCS)解决的领域，还可以扩展到位置检测、位置控制、轨迹控制等以往需要通过数控系统(CNC)解决的领域。如 S7系列PLC在这方面的特殊功能主要有模拟量输入(A/D转换)、模拟量输出(D/A转换)、模拟量闭环调节(PID调节)、位置检测、位置控制、多轴插补等。

  ③控制范围 使用特殊功能与特殊功能模块，PLC的控制范围可以超出控制对象本身，如借助于网络与通信手段，PLC可以与外部设备进行信息交换，实现网络链接与数据通信。S7系列PLC在这方面的特殊功能主要有各种通信处理功能、网络链接功能等。

  (2)特殊功能的实现形式

  为了降低成本、增强用户使用的灵活性，在PLC中经常将某些简单的功能，如高速计数、脉冲输出、模拟量输入/输出等，直接集成于PLC的CPU模块(或基本单元)上，此类实现形式统称为“PLC集成功能”。

  由于PLC结构、成本等方面的限制，集成功能的应用范围通常较狭隘，功能也相对较简单，多用于中小规格的PLC。如S7-200系列与S7-300系列中的紧凑型PLC模块即具备中断控制、高速计数、脉冲输出、模拟量输入/输出等简单特殊功能。

  对于过程控制、位置控制等场合所需要的复杂功能，一般都需要通过的模块才能实现。此类模块被称为特殊功能模块或功能模块。

  当采用特殊功能模块时，模块可以直接安装于PLC的机架上，或与PLC的扩展接口进行连接，以构成集中式PLC控制系统。

  根据不同的用途，特殊功能模块的内部组成与功能相差甚大。部分特殊功能模块本身就带有立的处理器(CPU)、可编程门阵列(FPGA，Field Programmable Gate Array)、存储器等组件。模块既可以通过PLC进行控制，也可以立使用，甚至还可利用PLC的I/O 模块进行输入/输出点的扩展，其性能与立的控制装置相当。

PLC控制系统设计的一般步骤与传统的继电器——接触器控制系统的设计相比较，组件的选择代替了原来的器件选择，程序设计代替了原来的逻辑电路设计。

（1）根据工艺流程分析控制要求，明确控制任务，拟定控制系统设计的技术条件。技术条件一般以设计任务书的形式来确定，它是整个设计的依据。工艺流程的特点和要求是开发PLC控制系统的主要依据，所以详细分析、认真研究，从而明确控制任务和范围。如需要完成的动作（动作时顺、动作条件，相关的保护和联锁等）和应具备的操作方式（手动、自动、连续、单周期，单步等）。

（2）确定所需的用户输入设备（按钮、操作开关、限位开关、传感器等）、输出设备（继电器、接触器、信号灯等执行元件）以及由输出设备驱动的控制对象（电动机、电磁阀等），估算PLC的I/O点数；分析控制对象与PLC之间的信号关系，信号性质，根据控制要求的复杂程度，控制精度估算PLC的用户存储器容量。

（3）选择PLC。PLC是控制系统的核心部件，正确选择PLC对于整个控制系统的各项技术、经济指标起着重要的作用，PLC的选择包括机型的选择、容量的选择、I/O模块的选择、电源模块的选择等。选择PLC的依据是输入输出形式与点数，控制方式与速度、控制精度与分辨率，用户程序容量。

（4）分配、定义PLC的I/O点，绘制I/O连接图。根据选用的PLC所给定的元件地址范围（如输入、输出、辅助继电器、定时器、计数器。数据区等），对控制系统使用的每一个输入、输出信号及内部元件定义的信号名和地址，在程序设计中使用哪些内部元件，执行什么功能格都要做到清晰，无误。

（5）PLC控制程序设计。包括设计梯形图、编写语句表、绘制控制系统流程图。控制程序是控制整个系统工作的软件，是系统工作正常，安全。可靠的关键，因此，控制程序的设计经过反复测试。修改，直到满足要求为止。

（6）控制柜（台）设计和现场施工。在进行控制程序设计的同时，可进行硬件配备工作，主要包括强电设备的安装、控制柜（台）的设计与制作、可编程序控制器的安装、输入输出的连接等。在设计继电器控制系统时，在控制线路设计完成后，才能进行控制柜（台）设计和现场施工。可见，采用PLC控制系统，可以使软件设计与硬件配备工作平行进行，缩短工程周期。如果需要的话，尚需设计操作台、电气柜、模拟显示盘和非标准电器元部件。

（7）试运行、验收、交付使用，并编制控制系统的技术文件。编制控制系统的技术文件包括说明书、设计说明书和使用说明书、电器图及电器元件明细表等。

传统的电器图，一般包括电器原理图、电器布置图及电器安装图。在PLC控制系统中，这一部分图可以统称为“硬件图”。它在传统电器图的基础上增加了PLC部分，因此在电器原理图中应增加PLC的I/O连接图。此外，在PLC控制系统的电器图中还应包括程序图（梯形图），可以称它为“软件图”。向用户提供“软件图”，可便于用户发展或工艺进时修改程序，并有利于用户在维修时分析和排除故障。根据具体任务，上述内容可适当调整。