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      基于PLC機電一體化技術在數(shù)控機床中的應用探討

      2018-01-29 01:06:49童群
      中國設備工程 2018年17期
      關鍵詞:數(shù)控機床指令機電

      童群

      (慈興集團有限公司,浙江 慈溪 315300)

      機電一體化是當前科技發(fā)展的重大突破,隨著集成電路的產(chǎn)生,并由于信息技術的飛速發(fā)展,使得機械技術與電子技術得到了有效的融合,從而產(chǎn)生了機電一體化技術。數(shù)控機床是機電一體化的代表性產(chǎn)品之一,在推進制造業(yè)發(fā)展中有著重要意義,同時,機電一體化在數(shù)控機床中的使用,對于我國現(xiàn)代化的建設也起到了舉足輕重的作用。PLC即可編程邏輯控制器,是一種特地為工業(yè)生產(chǎn)自動化設計的數(shù)字運算操作電子系統(tǒng),其核心是以編程的程序處理器,通過內部的存儲記憶展開邏輯運算、順序控制、定時等指令,把PLC機電一體化應用在數(shù)控機床里。在實際工作中,工作人員通過數(shù)字設備的輸入輸出就能控制生產(chǎn)過程,大大提高了數(shù)控機床的智能化能力,推進了工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。

      1 數(shù)控機床與 PLC 的概述

      1.1 數(shù)控機床的組成

      數(shù)控機床是數(shù)字控制機床的簡稱,是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動化機床。這種控制系統(tǒng)能夠有效的處理具有控制編碼或者其他符號、指令的程序,通過把指令進行譯碼,使用計算機數(shù)字代碼來顯示,最后通過信息載體輸入對應的數(shù)控設備。數(shù)控機床由輸入輸出設備、CNC單元、伺服單元、驅動裝置、可編程控制器PLC和電器控制裝置、輔助裝置、機床本體及測量裝置構成。

      1.2 PLC性能概述

      (1)編程簡單。PLC是一種基礎的計算機編程方式,它的指令簡單,非常易于掌握,梯形圖與傳統(tǒng)的繼電器控制圖相似。PLC的輸入和輸出口能直接和繼電器、接觸器等相連,使用方便。且PLC的編程方法簡單,對操作人員的文化水平要求不高,可以在短期內學會,使得PLC的可操作性大大提高。

      (2)通用性強。PLC擁有較強的兼容性,在實際使用時,對同一臺PLC只需要改變軟件就可以對其他系統(tǒng)進行操作。同時,PLC系列的產(chǎn)品較多,可以通過互相組合來對不同系統(tǒng)進行控制。較高的兼容性使得它能滿足不同的控制要求。

      (3)體積小、重量輕、功能強,具有較高的性價比。PLC不但設備體積較小、重量較輕,而且擁有緊密的結構和堅固的外形,功能實用且強大,擁有非常高的使用性價比。并且在數(shù)控設備的安裝過程中很容易裝入,是機電一體化中最實用的控制設備。

      (4)PLC具有較高的可靠性,抗干擾能力強。由于PLC的設計是特別為工業(yè)控制設計的專用計算機,所以它對環(huán)境有較強的適應性,且抗干擾能力強大。同時,在工作設計上也十分人性化,它可以根據(jù)硬件的支持去執(zhí)行軟件的全過程。PLC在周期性的循環(huán)掃描工作中,掃描的順序可以通過用戶的指令而改變,也可以根據(jù)自由的順序進行。

      2 PLC在數(shù)控機床中的作用

      (1)機床操作面板控制。PLC在對數(shù)控系統(tǒng)進行控制時,主要是把操作面板上的信號傳輸給接口信號區(qū)。主要有3個功能:S功能,通過控制主軸轉速使用二位代碼或者四位代碼進行替換;T功能,通過系統(tǒng)對機床刀庫進行管理,實現(xiàn)工具的自動變換使用;M功能,即輔助功能。

      (2)輸入信號控制。PLC通過打開、關閉輸入信號,傳輸給相應的控制對象,從而實現(xiàn)開關的控制作用。

      (3)對各種電工元件進行控制。PLC能通過信號輸出,對各種操作裝置進行控制。

      (4)伺服控制。在機電設備中,可以通過對計算機加載驅動裝置,來伺服控制各種電動機。

      (5)報警處理控制。PLC可以通過對機床產(chǎn)生的故障信號進行準確地收集,在收到報警數(shù)據(jù)時,產(chǎn)生報警信號,使工作人員能夠及時發(fā)現(xiàn)和處理問題。

      3 機械設計中PLC機電一體化技術的使用

      機械技術是工業(yè)大機器生產(chǎn)的基礎,PLC機電一體化技術的使用建立在機械技術的前提上,是對機械技術的智能化擴展和增強。在機械設計中,PLC機電一體化能夠在防護裝置、自動排屑裝置、傳動裝置等方面使用。例如,在防護裝置上,目前的數(shù)控機床一般把開放式的作業(yè)方式改為全封閉或者半封閉式,使得人工操作的干擾對PLC機電一體化的影響達到最小化,不需要操作人員隨時掌握加工情況,且封閉的環(huán)境對生產(chǎn)沒有不利影響,同時還減少了切削金屬屑造成的破壞,使安全性得到了大大的提升;自動排屑主要經(jīng)過內置機械器件進行,在數(shù)控機床工作時,切削殘留的金屬屑會對作業(yè)產(chǎn)生干擾,嚴重時甚至會減少鎖刀等工具的使用壽命。在PLC機電一體化技術的基礎下,在加工時,內置的機械器件能對金屬屑進行自動收集,并集中處理,防止了破壞的產(chǎn)生;數(shù)控機床的傳動系統(tǒng)分為主傳動和進給傳動兩種模式,在傳統(tǒng)方式下,兩種模式需要同時啟動,但是在PLC機電一體化的基礎下,兩者能夠進行分離。可以在PLC系統(tǒng)中設定默認的控制程序,對主傳動和進給傳動進行分離控制,并且連接單獨的伺服電機,大大提升了控制能力,使得系統(tǒng)能夠進行多軸聯(lián)動或者單軸聯(lián)動,從而提升系統(tǒng)的工作效率。

      4 執(zhí)行與驅動技術中PLC機電一體化技術的使用

      執(zhí)行與驅動技術是數(shù)控機床各項工作進行具體執(zhí)行的重中之重,也是PLC機電一體化技術在數(shù)控機床中使用的重點之一。伺服驅動技術面對的主要使用對象是執(zhí)行原件和它的驅動裝置,在全部的數(shù)控機床中,數(shù)控裝置和執(zhí)行設備一定是相連的,通信連接也具有很高的可靠性,使得全部的輸入指令得到了快速的響應與執(zhí)行。并且執(zhí)行原件還能通過機械接口與執(zhí)行機構展開連接,它們的相連能夠使各種控制和調整指令得到準確有效地執(zhí)行。在執(zhí)行與驅動系統(tǒng)中使用PLC機電一體化技術,它的作用原理和控制環(huán)節(jié)具有一致性,操作人員的指令是改變數(shù)控機床使用的關鍵,PLC機電一體化技術能夠精簡全部過程。同時,還能確保改變的準確性。只要各種指令和單片機的儲存記憶相同,那么改變就能有效進行,從而杜絕了傳統(tǒng)機床中人為操作的失誤。

      5 自動控制系統(tǒng)中PLC機電一體化技術的使用

      自動控制技術是PLC機電一體化技術的關鍵,它的作用是對單片機系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、輸入輸出系統(tǒng)和執(zhí)行構件進行支持。雖然不同數(shù)控機床在設計的細節(jié)上有所不同,但是在總的原理上還是相同,所以能夠將PLC機電一體化技術集成到設備中去,使其在數(shù)控機床系統(tǒng)中得到使用。在具體使用時,機床的使用參數(shù)往往都需要隨時調整,操作人員通過輸入系統(tǒng)的調整指令,使通信系統(tǒng)把相關指令快速傳輸?shù)絾纹瑱C,單片機再通過在默認存儲器中匹配與指令相對應的部分,確定指令準確后,把變更的參數(shù)指令傳輸給執(zhí)行構件,從而完成參數(shù)的改變,并通過輸出系統(tǒng)把改變的最后結果傳遞給操作人員,全部過程都是半無人化,且基本上小于5s。

      在PLC機電一體化的技術支持下,使數(shù)控機床能夠進行半自動化運行,具有較高精度的控制技術將使全部參數(shù)的改變都能夠快速進行,避免了傳統(tǒng)方式下因人工操作而造成的失誤。尤其需要重視的是,當前我國各種數(shù)控機床面對的主要問題是電動穩(wěn)定性控制,在機床運行時,由于受到電動機在飛速轉動中帶來的干擾,使得切削數(shù)據(jù)可能會慢慢偏離固定值,使得產(chǎn)品出現(xiàn)細微的偏差。但是在數(shù)控技術發(fā)達的德國,操作人員能夠通過及時改變切削數(shù)據(jù),使得系統(tǒng)保持產(chǎn)品的準確性,它的操作功能與我國現(xiàn)在使用的PLC機電一體化技術差別不大,能夠起到一定的借鑒作用。例如通過把實時調整功能和現(xiàn)有的技術進行結合,抑或是通過添加報警系統(tǒng),在實際工作值與標準參數(shù)出現(xiàn)較大差別時,機床自動產(chǎn)生警報,提示操作人員進行參數(shù)的更正,從而大大提升PLC機電一體化技術的使用有效性。

      6 結語

      綜上所述,PLC機電一體化技術通過把計算機技術、自動控制技術以及信息技術進行有效的結合,使得其在數(shù)控機床加工中顯示出巨大的優(yōu)勢。通過把該技術使用在數(shù)控機床中,可以大大增加目前數(shù)控機床加工中的操作安全性與工件的加工精確度,對于提高工作效率、獲取更大的綜合效益具有重要作用。

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