簡(jiǎn)介車床數(shù)控化改造中PLC的使用

PLC在機(jī)械制造的設(shè)備控制中應(yīng)用非常廣泛，但在普通車床數(shù)控化改造中，用PLC作數(shù)控系統(tǒng)的核心部件還是一個(gè)新的課題。隨著PLC技術(shù)、功能不斷完善，這將是一種發(fā)展趨勢(shì)。本文對(duì)此加以討論。

1 車床的PLC數(shù)控系統(tǒng)控制原理設(shè)計(jì)

1.1 車床的操作要求

車床一般加工回轉(zhuǎn)表面、螺紋等。 要求其動(dòng)作一般是X、Z向快進(jìn)、工進(jìn)、快退。加工過(guò)程中能進(jìn)行自動(dòng)、手動(dòng)、車外圓與車螺紋等轉(zhuǎn)換;并且能進(jìn)行單步操作。

1.2 PLC數(shù)控系統(tǒng)需解決的問(wèn)題

車床的操作過(guò)程比較復(fù)雜，而PLC一般只適用于動(dòng)作的順序控制。要將PLC用于控制車床動(dòng)作，必須解決三個(gè)問(wèn)題：

圖1 數(shù)控系統(tǒng)原理圖

1）如何產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)的信號(hào)及X、Z向動(dòng)作的協(xié)調(diào);

2）如何改變進(jìn)給系統(tǒng)速度;

3）車螺紋如何實(shí)現(xiàn)內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)及螺紋導(dǎo)程的變化。

將PLC及其控制模塊和相應(yīng)的執(zhí)行元件組合，這些問(wèn)題是可以解決的。

1.3 數(shù)控系統(tǒng)的控制原理

普通車床數(shù)控化改造工作就是將刀架、X、Z向進(jìn)給改為數(shù)控控制。根據(jù)改造特點(diǎn)，伺服元件采用步進(jìn)電機(jī)，實(shí)行開環(huán)控制系統(tǒng)就能滿足要求。Z向脈沖當(dāng)量取0.01mm，X向脈沖當(dāng)量取0.005mm。選用晶體管輸出型的PLC。驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)脈沖信號(hào)由編程產(chǎn)生，通過(guò)程序產(chǎn)生不同頻率脈沖實(shí)現(xiàn)變速。X、Z向動(dòng)作可通過(guò)輸入手動(dòng)操作或程序自動(dòng)控制。車螺紋的脈沖信號(hào)由主軸脈沖發(fā)生器產(chǎn)生，通過(guò)與門電路接入PLC輸入端，經(jīng)PLC程序變頻得到所需導(dǎo)程的脈沖。刀架轉(zhuǎn)位、車刀進(jìn)、退可由手動(dòng)或自動(dòng)程序控制。圖1為數(shù)控系統(tǒng)原理圖。

2 PLC輸入、輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)確定

所設(shè)計(jì)的車床操作為：起點(diǎn)總停、Z、X向快進(jìn)、工進(jìn)、快退;刀架正、反轉(zhuǎn);手動(dòng)、自動(dòng)、單步、車螺紋轉(zhuǎn)換。因此，輸入需14點(diǎn)。根據(jù)圖1得輸出需9點(diǎn)。I/O連接圖如圖2所示（以三菱F1S-30MT）為例。

圖2 I/O連接圖

3 驅(qū)動(dòng)程序（梯形圖）設(shè)計(jì)

3.1 總程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

手動(dòng)、自動(dòng)、單步、車螺紋程序的選擇采用跳轉(zhuǎn)指令實(shí)現(xiàn)。圖3是總程序結(jié)構(gòu)框圖。若合上X12（X13、X14、X15斷開），其常閉斷開，執(zhí)行手動(dòng)程序;若X12斷開，X13全上，程序跳過(guò)手動(dòng)程序，指針到P0處，執(zhí)行自動(dòng)程序。

圖3 總程序框圖

3.2 手動(dòng)程序梯形圖設(shè)計(jì)

手動(dòng)程序、自動(dòng)程序需根據(jù)具體零件設(shè)計(jì)，這里僅以Z向快進(jìn)、工進(jìn)、快退的動(dòng)作為例加以說(shuō)明。其梯形圖如圖4所示。

圖4 Z向手動(dòng)程序梯形圖

在執(zhí)行手動(dòng)程序狀態(tài)下，按X0，Y1接通，作好起動(dòng)準(zhǔn)備。按X2，輔助繼電器M0接通。通過(guò)T63計(jì)時(shí)及Y2觸點(diǎn)組合，產(chǎn)生頻率為103/2i的脈沖信號(hào)（i為計(jì)時(shí)時(shí)間，根據(jù)需要設(shè)定，單位為ms），驅(qū)動(dòng)Z向快進(jìn)。當(dāng)按下X3時(shí)（M0斷開），M1接通，M1與定時(shí)器T32組合使Y2產(chǎn)生頻率為103/2j的脈沖（j》i），由Y2輸出，實(shí)現(xiàn)工進(jìn)。按下X4時(shí)，M0、Y3同時(shí)接通，電機(jī)快速反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)快退。限于篇幅，其它程序梯形圖略。

結(jié)束語(yǔ)

數(shù)控車床在我國(guó)機(jī)械制造業(yè)中的應(yīng)用正在迅速發(fā)展，但高精度數(shù)控機(jī)床價(jià)格昂貴，而且在實(shí)際生產(chǎn)中有大量形狀不太復(fù)雜、精度要求一般的零件，這就需要精度一般的數(shù)控車床加工。同時(shí)，我國(guó)現(xiàn)有大量可用的普通車床，對(duì)這些車床進(jìn)行數(shù)控化改造是用少的投資來(lái)提高生產(chǎn)效率、提高效益的有效途徑。以前車床數(shù)控化改造用的是Z80、8031芯片作數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，它的價(jià)格較貴且系統(tǒng)較復(fù)雜。用PLC作為車床的數(shù)控系統(tǒng)，有成本低、系統(tǒng)簡(jiǎn)單、調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)，必將會(huì)得到廣泛應(yīng)用。