數(shù)控機(jī)床主軸M指令的PLC控制研究

陳德根

廣東科技學(xué)院，廣東東莞 523083

0 引言

可編程序控制器PLC是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)專為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(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)算等操作指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入/輸出，控制著數(shù)控機(jī)床的機(jī)械動(dòng)作過程。

在數(shù)控機(jī)床上操作面板上的各按鍵、開關(guān)信號(hào)，如：工作方式選擇、倍率選擇開關(guān)、輔助動(dòng)作按鍵等，及機(jī)床處部檢測(cè)元件信號(hào)，如：行程開關(guān)、接近開關(guān)、液位開關(guān)、壓力傳感器、溫控開關(guān)等信號(hào)，通過PLC進(jìn)行邏輯處理后，給機(jī)床輸出相應(yīng)的控制信號(hào)或送給CNC做進(jìn)一步處理，從而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制功能。

加工程序中的M指令功能是輔助功能，經(jīng)過CNC譯碼后，根據(jù)不同的M指令代碼經(jīng)過PLC程序處理后可以控制主軸正反轉(zhuǎn)、主軸齒輪箱的換檔變速、主軸準(zhǔn)停、切削液的開關(guān)、卡盤的夾緊與松開及換刀機(jī)械手的取刀和歸刀等動(dòng)作。下面探討FANUC 0I系統(tǒng)的數(shù)控銑床主軸的M03（主軸正轉(zhuǎn)）、M04（主軸反轉(zhuǎn)）、M05（主軸停止）指令的PLC控制過程。

1 FANUC 0I系統(tǒng)中 PLC 的信息交換及主軸M指令的工作過程

1.1 PLC的信息交換

在數(shù)控機(jī)床的控制過程中，PLC與CNC及MT（機(jī)床）之間進(jìn)行相應(yīng)的信息交換完成數(shù)控程序執(zhí)行和外部操作控制等功能，這些信息包括有：MT至PLC的外部輸入X地址信號(hào)、PLC至MT的輸出Y地址信號(hào)、CNC至PLC的直接輸入F地址信號(hào)、PLC至CNC的G地址信號(hào)。這些地址信號(hào)在CNC、PLC和MT之間相互交換協(xié)調(diào)配合完成的機(jī)床的自動(dòng)控制。

1.2 主軸M指令的工作過程

主軸的M輔助功能控制是由數(shù)控程序發(fā)出的控制命令包括：M03（主軸正轉(zhuǎn)）、M04（主軸反轉(zhuǎn)）、M05（主軸停止）經(jīng)PLC處理輸出去控制主軸電機(jī)工作。數(shù)控程序M指令送入數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行，系統(tǒng)根據(jù)不同的M指令輔助功能對(duì)應(yīng)輸入相應(yīng)F地址信號(hào)至PLC進(jìn)行邏輯處理后，PLC輸出G地址信號(hào)給回?cái)?shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)再輸出數(shù)字量信號(hào)控制主軸伺服驅(qū)動(dòng)器從而驅(qū)動(dòng)主軸電機(jī)工作。

2 M指令代碼分析

加工程序中的M指令是由PLC處理的，當(dāng)加工程序中出現(xiàn)這些指令時(shí)，相應(yīng)的代碼信號(hào)和M指令選通信號(hào)由CNC送給PLC，代碼對(duì)應(yīng)的信號(hào)地址是由CNC廠家確定的，PLC編程者只能使用不可改變和增刪。

M指令與代碼對(duì)應(yīng)的地址為F10～F13的4個(gè)字節(jié)，共32位。M指令選通信號(hào)的地址是F7.0，當(dāng)該選通信號(hào)為“1”時(shí)，PLC讀取相應(yīng)的M代碼信號(hào)，為PLC程序作執(zhí)行準(zhǔn)備。

3 PLC程序設(shè)計(jì)

3.1 M指令代碼譯碼程序

將M指令對(duì)應(yīng)的F地址信號(hào)進(jìn)行譯碼輸出R中間繼電器，用到了二進(jìn)制譯碼功能指令DECB，進(jìn)行M指令代碼譯碼。DECB執(zhí)行時(shí)數(shù)控程序中M功能的F地址信號(hào)代碼與譯碼結(jié)果輸出地址R10對(duì)應(yīng)的位即為“1”；不一致則為“0”。

加工程序中出現(xiàn)M03指令時(shí)，CNC對(duì)加工程序進(jìn)行編程后，相應(yīng)的M代碼信號(hào)F0010.3為“1”，M指令選通信號(hào)F0007.0也為“1”，M代碼信號(hào)由CNC送給PLC，經(jīng)DECB指令解碼后，暫存在PLC寄存器R0010.0當(dāng)中。M04指令解碼后暫存在R0010.1當(dāng)中，M05指令譯碼后暫存在R0010.2中。

3.2 主軸M指令執(zhí)行程序

通過譯碼程序輸出的中間繼電器結(jié)果來控制主軸執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作。PLC程序如圖1所示。

圖1 主軸M指令執(zhí)行程序

M指令執(zhí)行情況為：M03時(shí)中間繼電器R0010.0控制R0207.4驅(qū)動(dòng)PLC輸出到CNC的G0070.5地址信號(hào)為“1”，即能實(shí)現(xiàn)CNC通過電纜發(fā)出信號(hào)控制主軸伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)主軸電機(jī)正轉(zhuǎn)；M04執(zhí)行時(shí)，R0010.1控制R0207.5驅(qū)動(dòng)G0070.4為“1”，CNC發(fā)出信號(hào)控制主軸電機(jī)反轉(zhuǎn)。M05停止時(shí)通過譯碼器輸出的R0010.2內(nèi)部繼電器來斷開中間繼電器R0207.4和R0207.5，從而斷開G0070.5和G0070.4地址信號(hào)來實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于變頻主軸，可以通過PLC輸出Y地址信號(hào)控制變頻器，同樣可實(shí)現(xiàn)機(jī)床主軸的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止控制。

4 結(jié)論

數(shù)控程序中M指令的執(zhí)行是通過PLC控制對(duì)應(yīng)的信號(hào)地址，實(shí)現(xiàn)CNC與MT（機(jī)床）之間控制的。在機(jī)床維修過程中監(jiān)控PLC程序執(zhí)行情況及信號(hào)地址的狀態(tài)監(jiān)控，能對(duì)主軸及其它輔助功能的故障分析和處理起到指導(dǎo)性作用。

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