PLC在數(shù)控機床電氣控制方面的應(yīng)用研究

單贊

摘 要：PLC，即所謂的可編程控制器，由CPU，存儲器，I/O模塊等外部設(shè)備和電源組成的。PLC適應(yīng)性強，能夠在環(huán)境復(fù)雜、惡劣的數(shù)控機床中穩(wěn)定運行。數(shù)控機床相對于普通機床優(yōu)勢在于進(jìn)行批量生產(chǎn)時具有較高的效率，而數(shù)控機床在加工過程中，除了各運動軸按照程序軌跡精密運行以外，還需要各種輔助動作，如切削液開關(guān)，氣動液壓家頭夾緊、松開，機床輔助燈的開關(guān)，尾座的頂緊或者收回等等，而上述輔助功能均需利用開關(guān)變量進(jìn)行控制，而PLC控制的特點就在于以開關(guān)量控制為特長，再加上PLC控制編程簡單，使用方便，鑒于上述原因，PLC在數(shù)控機床電氣控制方面應(yīng)用廣泛。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機床;電氣控制;PLC

一、數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)的組成

數(shù)控機床的電氣控制系統(tǒng)由工控機、電源模塊、電機模塊、電機、光柵尺以及各種傳感器模塊、分布式模塊等部分組成，其中工控機主要實現(xiàn)對于文件數(shù)據(jù)的讀取與定位并通過數(shù)據(jù)總線傳輸?shù)竭\動控制單元中。PLC實現(xiàn)對于數(shù)控機床中的各種信號的檢測和控制等。[2]而如今高精度的數(shù)控機床更是通過主控單元，伺服控制單元和電機實現(xiàn)閉環(huán)控制，而這種閉環(huán)控制離不開各種檢測信息，PLC在處理這些檢測信息，并對異常信號進(jìn)行報警的功能對高性能數(shù)控機床而言是不可或缺的。

二、PLC在數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)的應(yīng)用

（一）面板控制

數(shù)控機床為了方便用戶操作，均具備有面板操作界面，用戶可以通過面板操作界面對數(shù)控機床進(jìn)行全面的控制和調(diào)試。例如，數(shù)控加工程序的編制和調(diào)整，手動移動軸的控制，刀架的控制，加工參數(shù)的控制等等。具體來說，用戶通過手動方式對機床的運動狀態(tài)進(jìn)行控制，如控制數(shù)控機床至“MDI”模式，輸入：T0101，運行后信號輸入至PLC，PLC進(jìn)行運算后控制刀架運行幾個刀位停止，然后控制相應(yīng)的電磁繼電器關(guān)閉或者打開，與其相連接的刀架電機打開后，運行兩個刀位后，PLC數(shù)控電磁繼電器關(guān)閉信號，此時刀架電機停轉(zhuǎn)，從而完成數(shù)控車床刀具更換的摸底。

（二）電機控制

電機拖動系統(tǒng)是數(shù)控機床最為重要的部分。以數(shù)控車床為例，數(shù)控機床的運動電機包含主軸電機，X軸伺服電機，Z軸伺服電機，刀架電機等等。這些電機不僅能通過數(shù)控機床CNC控制系統(tǒng)坐標(biāo)點進(jìn)行運動，還能通過PLC信號對相應(yīng)電機的開閉，實現(xiàn)對電機電器系統(tǒng)的控制。

（三）與數(shù)控機床信息交換

信息流通是否順暢以及信息是否能夠有效的實現(xiàn)共享和交換是影響整個數(shù)控機床控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定的關(guān)鍵因素。[3]作為數(shù)控機床兩個目前及其重要的系統(tǒng)，電氣控制和CNC系統(tǒng)的信息交流就顯得尤為重要。最CNC系統(tǒng)來說，當(dāng)數(shù)控程序加工至特意設(shè)置的程序段時，如暫停功能“M00”時，數(shù)控系統(tǒng)將該程序段輸入至PLC系統(tǒng)，處理完成后，輸出至相應(yīng)的電磁繼電器，電磁繼電器斷開，相應(yīng)的軸伺服電機停轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)數(shù)控加工過程暫停功能。

（四）輔助系統(tǒng)控制

數(shù)控機床除了需要個運動軸按照程序的軌跡精確做出運動以外，還需要各個輔助系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運作，這些輔助系統(tǒng)的控制離不開PLC。數(shù)控機床的輔助系統(tǒng)包括，切削液系統(tǒng)，機床防護(hù)裝置，主軸液壓控制系統(tǒng)，尾座液壓控制系統(tǒng)，自動潤滑系統(tǒng)等等。以數(shù)控機床自動潤滑裝置為例，數(shù)控機床運行一段時間后，計時裝置將信息傳輸至PLC中，經(jīng)過處理將信號輸出至特定的電磁繼電器，從而控制相應(yīng)油泵的工作，從而將潤滑油輸送至機床各個位置，油泵運行一段時間后，計時器將計時信息輸入至PLC，輸出信號最終實現(xiàn)對油泵打開，關(guān)系，電磁閥的打開或者關(guān)閉。與自動潤滑裝置類似，PLC可以實現(xiàn)數(shù)控機床輔助系統(tǒng)的控制。

（五）報警處理控制

數(shù)控機床是一個復(fù)雜的集成系統(tǒng)，為實現(xiàn)其穩(wěn)定運行，必須對其狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)控，如刀具在數(shù)控機床中的運動位置是否超出行程，潤滑裝置油量是否充足，刀具補償是否過切，刀架運動是否正常等等，一旦某些傳感器或者是參數(shù)出現(xiàn)異常，信息立即反饋至PLC中，PLC經(jīng)過運算輸出控制信號，給相應(yīng)的繼電器等執(zhí)行裝置，報警燈紅色亮，操作面板顯示器報警，運動軸運動停止等等。上述這一系列的動作都是通過PLC實現(xiàn)的。對于高端機床或者電氣控制系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)良的數(shù)控機床，其監(jiān)測點一定是更多的，報警類型自然也更多，但是它能在機床發(fā)生意外時以最短的速度進(jìn)行反饋，保護(hù)機床和工件安全。

三、PLC在數(shù)控機床領(lǐng)域的探索應(yīng)用

數(shù)控機床經(jīng)過長時間的發(fā)展，一方面精度越來越高，另一方面自動化程度越來越好，然而，無論是何種發(fā)展，都離不開PLC的高效利用。本文通過提高數(shù)控機床的自動化程度這方面，對PLC在數(shù)控機床電器控制系統(tǒng)中的重要應(yīng)用進(jìn)行討論。

就數(shù)控車床而言，為了提高數(shù)控機床的自動化程度，對車床夾持系統(tǒng)進(jìn)行改造，添加桁架、機械手等外圍輔助系統(tǒng)。針對一個生產(chǎn)節(jié)拍，由桁架或者機械手將工件送入夾持系統(tǒng)，夾緊，零件加工，夾持系統(tǒng)松開，機械手或桁架工作松卸工件，開始下一個節(jié)拍，如此循環(huán)。對于這樣一個自動控制過程，關(guān)鍵除了CNC系統(tǒng)的精確運行外，夾持系統(tǒng)的夾緊和松開時機也是十分重要的，這又是如何通過PLC系統(tǒng)實現(xiàn)的呢？首先，數(shù)控車床夾持系統(tǒng)選擇液壓自動三爪卡盤或者液壓前推式夾頭，然后用戶自行定制M輔助功能代碼，寫入PLC程序，在NC程序中指定特定的M代碼，數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行到該代碼時，將信號輸入給PLC，PLC對特定的繼電器發(fā)出信號，從而控制液壓系統(tǒng)電磁閥的開閉，進(jìn)而使自動夾持系統(tǒng)夾緊或者松開，以此實現(xiàn)對工件的自動夾緊或者松開功能。

總結(jié)：

隨著PLC在數(shù)控機床控制系統(tǒng)中越來越廣泛和深入的應(yīng)用，數(shù)控機床的自動化程度越來越高，工人操作對數(shù)控機床運行的影響也越來越小，從而提高數(shù)控機床的加工精度和加工效率。在數(shù)控機床對國家工業(yè)影響逐步增加的背景下，應(yīng)該深挖PLC在數(shù)控機床控制系統(tǒng)，特別是電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，從而提高國家數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平。

參考文獻(xiàn)

[1]倪濤軼.數(shù)控機床PLC控制技術(shù)[J].內(nèi)燃機與配件，2018（17）：245-247.

[2]童群.基于PLC機電一體化技術(shù)在數(shù)控機床中的應(yīng)用探討[J].中國設(shè)備工程，2018（17）：180-181.

[3]李紀(jì)明.PLC在數(shù)控機床中的自動化控制應(yīng)用[J].農(nóng)家參謀，2018（13）：219.

（作者單位：沈機（上海）智能系統(tǒng)研發(fā)設(shè)計有限公司）