PLC在機(jī)床數(shù)控化改造中的應(yīng)用

摘要：本文在討論P(yáng)LC，CNC和機(jī)床的輔助裝置以及強(qiáng)電線路的關(guān)系時(shí)，常把數(shù)控機(jī)床分為“NC側(cè)”和“MTR”兩大部分。“NC側(cè)”包括cNc系統(tǒng)的硬件和軟件以及與CNC裝置相連接的外圍設(shè)備。

關(guān)鍵詞：PLC 數(shù)控車床 控制

中圖分類號(hào)：TG515 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X(2012)01(c)-0095-01

機(jī)床順序控制：機(jī)床順序控制用可編程邏輯控制器PLC(有稱FMC)實(shí)現(xiàn)，PLC最好是獨(dú)立型。數(shù)控機(jī)床的控制由數(shù)控裝置和可編程控制器協(xié)調(diào)配合共同完成，其中可編程控制器主要完成與邏輯運(yùn)算有關(guān)的一些動(dòng)作，PLC通過輔助控制裝置完成機(jī)床相應(yīng)的開關(guān)動(dòng)作，如刀具的更換、工件的裝夾、冷卻液的開／關(guān)、自動(dòng)潤滑等一些輔助動(dòng)作。它還接受機(jī)床操作面板的指令，一方而直接控制機(jī)床的動(dòng)作，另一方面將一部分信息送往數(shù)控裝置用于加工過程的控制。

在工業(yè)發(fā)達(dá)國家的軍、民機(jī)械工業(yè)，在20世紀(jì)70年代末、80年代初已開始大規(guī)模應(yīng)用數(shù)控機(jī)床，本質(zhì)是采用信息技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)(包括軍、民機(jī)械工業(yè))進(jìn)行技術(shù)改造。除在制造過程中采用數(shù)控機(jī)床、FMC，F(xiàn)MS外，還包括在產(chǎn)品開發(fā)中推行CAD，CAE，CAM，虛擬制造以及在生產(chǎn)管理中推行MIS(管理信息系統(tǒng))、CIMS等等。以及在其生產(chǎn)的產(chǎn)品中增加信息技術(shù)，包括人工智能等的含量。由于采用信息技術(shù)對國外軍、民機(jī)械工業(yè)進(jìn)行深入改造(稱之為信息化)，最終使得他們的產(chǎn)品在國際軍品和民品的市場上競爭力大為增強(qiáng)。而我們在信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達(dá)國家約落后20年，每年都有大量機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)口數(shù)控機(jī)床比傳統(tǒng)機(jī)床有突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均來自數(shù)控系統(tǒng)所包含的計(jì)算機(jī)的威力。

①可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。由于計(jì)算機(jī)有高超的運(yùn)算能力，可以瞬時(shí)準(zhǔn)確地計(jì)算出每個(gè)坐標(biāo)軸瞬時(shí)應(yīng)該運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)量，因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面。

②可以實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化，而且是柔性自動(dòng)化，從而效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高3-7倍。由于計(jì)算機(jī)有記憶和存儲(chǔ)能力，可以將輸入的程序記住和存儲(chǔ)下來，然后按程序規(guī)定的順序自動(dòng)去執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。數(shù)控機(jī)床只要更換一個(gè)程序，就可實(shí)現(xiàn)另一工件加工的自動(dòng)化，從而使單件和小批生產(chǎn)得以自動(dòng)化，故被稱為實(shí)現(xiàn)了“柔性自動(dòng)化”。

③加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要“修配”。

④可實(shí)現(xiàn)多工序的集中，減少零件在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)。

⑤擁有自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能，因而可以實(shí)現(xiàn)長時(shí)間無人看管加工。

由以上五條派生的好處如：降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了勞動(dòng)力(一個(gè)人可以看管多臺(tái)機(jī)床)，減少了工裝，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對市場需求作出快速反應(yīng)等等。這些優(yōu)越性是前人想象不到的，是一個(gè)極為重大的突破。此外，機(jī)床數(shù)控化還是推行FMC(柔性制造單元)、FMS(柔性制造系統(tǒng))以及CIMS(計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng))等企業(yè)信息化改造的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)己經(jīng)成為制造業(yè)自動(dòng)化的核心技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)。

機(jī)床順序控制：機(jī)床順序控制用可編程邏輯控制器PLC(有稱FMC)實(shí)現(xiàn)，PLC最好是獨(dú)立型。

可編程控制器PLC是一種數(shù)字運(yùn)算電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下運(yùn)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等特定功能的用戶指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。

數(shù)控機(jī)床的控制由數(shù)控裝置和可編程控制器協(xié)調(diào)配合共同完成，其中可編程控制器主要完成與邏輯運(yùn)算有關(guān)的一些動(dòng)作，PLC通過輔助控制裝置完成機(jī)床相應(yīng)的開關(guān)動(dòng)作，如刀具的更換、工件的裝夾、冷卻液的開／關(guān)、自動(dòng)潤滑等一些輔助動(dòng)作。它還接受機(jī)床操作面板的指令，一方面直接控制機(jī)床的動(dòng)作，另一方面將一部分信息送往數(shù)控裝置用于加工過程的控制。

在討論P(yáng)LC，CNC和機(jī)床的輔助裝置以及強(qiáng)電線路的關(guān)系時(shí)，常把數(shù)控機(jī)床分為“NC側(cè)”和“MTR”兩大部分。“NC側(cè)”包括CNC系統(tǒng)的硬件和軟件以及與CNC裝置相連接的外圍設(shè)備。“MT側(cè)”包括機(jī)床機(jī)械各部分及其液壓、冷卻、潤滑、排屑等輔助裝置、機(jī)床繼電器線路和強(qiáng)電線路等。PLC處于NC和MT之間，對“NC側(cè)”和“MT側(cè)”的輸入，輸出信號(hào)進(jìn)行處理。CNC裝置和機(jī)床輸入／輸出信號(hào)的處理包括：

(1)CNC裝置的輸出信號(hào)向機(jī)床傳遞。CNC裝置的輸出數(shù)據(jù)經(jīng)過PLC邏輯處理，通過輸入、輸出接口傳送到機(jī)床側(cè)。CNC給機(jī)床的信息主要是M，s，T等輔助功能代碼。

S功能處理：主軸轉(zhuǎn)速用S4位代碼直接指定。CNC輸出s4位代碼進(jìn)入PLC，經(jīng)過一系列處理，實(shí)現(xiàn)對主軸轉(zhuǎn)速的控制。

T功能處理：數(shù)控車床通過PLC管理刀架，包括選刀方式，刀架動(dòng)作等。

M功能處理：M功能是輔助功能，根據(jù)不同的M代碼，可控制主軸的正、反轉(zhuǎn)和停止，切削液的開、關(guān)等動(dòng)作。PLC向機(jī)床側(cè)傳遞的信號(hào)主要是控制車床的執(zhí)行元件執(zhí)行信號(hào)，如電磁閥、繼電器、接觸器的動(dòng)作信號(hào)及確保車床各運(yùn)動(dòng)部件狀態(tài)的信號(hào)及故障指示。

(2)車床動(dòng)作檢測信號(hào)向CNC裝置傳遞。從車床側(cè)輸入的開關(guān)量經(jīng)過PLC邏輯處理傳送到CNC裝置中。PLC傳送給CNC的信號(hào)，主要有車床各坐標(biāo)基準(zhǔn)點(diǎn)信號(hào)和M、s，T功能的應(yīng)答信號(hào)等。車床傳送給PLC的信息主要有車床操作面板上各開：關(guān)、按鈕等信息，其中包括車床的起動(dòng)、停止，工作方式選擇，倍率值選擇，主軸的正、反轉(zhuǎn)和停止，切削液的開、關(guān)，各坐標(biāo)軸的點(diǎn)動(dòng)、換刀以及行程限位等開關(guān)信號(hào)。

(3)PLC的形式。所用的PLC是專為實(shí)現(xiàn)數(shù)控車床順序控制而設(shè)計(jì)制造的內(nèi)裝型PLC，從屬于CNC裝置，PLC與CNC之間信號(hào)傳送在CNC裝置內(nèi)部就可完成，而PLc與車床側(cè)的信息傳送則要通過輸入／輸出接口來完成。特點(diǎn)：PLC的性能指標(biāo)(如輸入、輸出點(diǎn)數(shù)、程序最大步數(shù)、每步執(zhí)行時(shí)間、程序掃描周劃、功能指令數(shù)同等)是根據(jù)所從屬的CNC系統(tǒng)的規(guī)格、性能、適用車床的類型等確定的，其硬件和軟件部分是被作為CNC系統(tǒng)的基本功能或附加功能，與CNC系統(tǒng)一起統(tǒng)一設(shè)計(jì)制造的。因此系統(tǒng)硬件和軟件整體結(jié)構(gòu)十分緊湊，PLC所具有的功能針對性強(qiáng)，技術(shù)指標(biāo)較合理、實(shí)用，較適合用于單臺(tái)數(shù)控車床。在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，PLC與CNC共用一個(gè)CPU，使用CNC裝置的輸入、輸出電路。擴(kuò)大了CNC內(nèi)部直接處理的通信窗口功能，可以使用梯形圖的編輯和傳送等贏級(jí)控制功能，且造價(jià)便宜，提高了CNC的性能價(jià)格比。