PLC在車床數(shù)控化改造中的應(yīng)用

  1 引言

PLC在機械制造的設(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。本文對此加以討論。

2 車床的PLC數(shù)控系統(tǒng)控制原理設(shè)計

2.1 車床的操作要求

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

2.2 PLC數(shù)控系統(tǒng)需解決的問題

車床的操作過程比較復雜，而PLC一般只適用于動作的順序控制。要將PLC用于控制車床動作，必須解決三個問題：

圖1 數(shù)控系統(tǒng)原理圖

1）如何產(chǎn)生驅(qū)動伺服機構(gòu)的信號及X、Z向動作的協(xié)調(diào)；

2）如何改變進給系統(tǒng)速度；

3）車螺紋如何實現(xiàn)內(nèi)聯(lián)系傳動及螺紋導程的變化。

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

2.3 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向進給改為數(shù)控控制。根據(jù)改造特點，伺服元件采用步進電機，實行開環(huán)控制系統(tǒng)就能滿足要求。Z向脈沖當量取0.01mm，X向脈沖當量取0.005mm。選用晶體管輸出型的PLC。驅(qū)動步進電機脈沖信號由編程產(chǎn)生，通過程序產(chǎn)生不同頻率脈沖實現(xiàn)變速。X、Z 向動作可通過輸入手動操作或程序自動控制。車螺紋的脈沖信號由主軸脈沖發(fā)生器產(chǎn)生，通過與門電路接入PLC輸入端，經(jīng)PLC程序變頻得到所需導程的脈沖。刀架轉(zhuǎn)位、車刀進、退可由手動或自動程序控制。圖1為數(shù)控系統(tǒng)原理圖。

3 PLC輸入、輸出（I/O）點數(shù)確定

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

圖2 I/O連接圖

4 驅(qū)動程序（梯形圖）設(shè)計

4.1 總程序結(jié)構(gòu)設(shè)計

手動、自動、單步、車螺紋程序的選擇采用跳轉(zhuǎn)指令實現(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)行手動程序；若X12斷開，X13全上，程序跳過手動程序，指針到P0處，執(zhí)行自動程序。

4.2 手動程序梯形圖設(shè)計

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

圖4 Z向手動程序梯形圖

   在執(zhí)行手動程序狀態(tài)下，按X0，Y1接通，作好起動準備。按X2，輔助繼電器M0接通。通過T63計時及Y2觸點組合，產(chǎn)生頻率為103/2i的脈沖信號（i為計時時間，根據(jù)需要設(shè)定，單位為ms），驅(qū)動Z向快進。當按下X3時（M0斷開），M1接通，M1與定時器T32組合使Y2產(chǎn)生頻率為 103/2j的脈沖（j>i），由Y2輸出，實現(xiàn)工進。按下X4時，M0、Y3同時接通，電機快速反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)快退。限于篇幅，其它程序梯形圖略。

5 結(jié)束語

   數(shù)控車床在我國機械制造業(yè)中的應(yīng)用正在迅速發(fā)展，但高精度數(shù)控機床價格昂貴，而且在實際生產(chǎn)中有大量形狀不太復雜、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，我國現(xiàn)有大量可用的普通車床，對這些車床進行數(shù)控化改造是用少的投資來提高生產(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，它的價格較貴且系統(tǒng)較復雜。用PLC作為車床的數(shù)控系統(tǒng)，有成本低、系統(tǒng)簡單、調(diào)整方便等優(yōu)點，必將會得到廣泛應(yīng)用。