基于AD系列數控機床的邏輯控制單元改造的分析

吳頌益

（常熟高新園中等專業學校, 江蘇 常熟 215500）

0.前言

近年來，隨著國內各種類型機床改造需求的擴大，機床改造已經逐漸形成了一個產業，其中絕大部分是數控機床的改造。改造后的機床易于操作，加工效率高，廢品率低，成品一致性好；能實現螺紋及形狀復雜的軸套類零件的加工，能夠進行切槽、鉆、擴等加工，尤其適用于多品種，中小批量加工，工藝適應性強。

1.改造的概述和要求

AD系列數控機床是屬于半閉環控制系統的全功能數控車床，適宜加工各種形狀復雜的軸、套、盤類零件，如車削內、外圓柱面、圓錐面、圓弧面、端面、切槽、倒角、車螺紋等的加工；AD系列數控機床是具有銑削功能的高速、高效車削中心。除具有車削功能外，還增加了鉆、銑功能，能夠實現X、Z、C 三軸聯動，可用于加工各種軸類、盤類零件。

該機床的最大車削直徑大，工件最大長度長，其主軸運動的正反轉依靠兩組機械式摩擦片離合器完成，主軸的制動采用液壓制動器，進給運動的縱向左右運動、橫向前后運動以及快速移動都集中有數控系統控制。對電氣控制的要求是：

（1）對于長度較長的工件，為了減少輔助工作時間，除了配備一臺主軸運動電動機以外，還應配備一臺刀架快速移動電動機。

（2）對于機床在加工時容易產生高溫，故需配備一臺普通冷卻泵電動機。

（3）要有一套局部照明裝置以及一定工作狀態指示燈。

2.AD系列數控機床的整體設計

本機床包括床身、主軸箱、床鞍、Z 向進給、尾座等幾大部分；底座為分體式結構，剛性足工藝性好；機床縱向和橫向導軌滑動副采用TSF 貼塑對淬硬磨削導軌配合，摩擦系數小，動、靜摩擦系數之差小，使之具有良好的耐磨性及可靠的伺服性；滑動面及滾珠絲杠副采用集中自動潤滑系統，確保了各重要部件都能工作在良好的潤滑狀態之下；自動刀架為立式四工位，免抬起，換刀快速方便；卡盤為手動也可選用電動卡盤或液壓卡盤；尾座為液壓尾座；采用半防護裝置，裝卸工件方便，操作面板可根據需要很方便地調整位置。

3.數控機床的邏輯控制改造

3.1 主軸S功能和刀臺控制

3.1.1 主軸S功能

本機床采用四檔無級變速，利用M 接口實現主軸機械分段換檔，利用S 接口實現速度控制。

1）主軸變速過程如下：

主軸在變頻電機的帶動下低速正反擺動,此時對應的換檔油缸得電推動變速齒輪進行換檔。當變速油缸上方的接近開關給出齒輪到位信號后，換檔結束。輸入M03、S100 主軸即以 100r/min 的速度正轉，輸入 M04、S150 主軸即以150r/min的速度反轉，輸入M05 主軸停。

2）主軸速度控制S功能

通過數控系統的模擬量接口來完成。其輸出與主軸速度相對應的＋10V 到－10V 或＋10V 連續可調模擬量，與變頻器結合實現主軸速度的控制。

3）主軸正轉、反轉、停止功能

使用M功能的M03、M04、M05 代碼來實現。執行M03、M04、M05 指令時，CNC 通知PLC 來完成M 代碼的譯碼工作，相應的輸出口動作通知變頻器控制電機實現正轉、反轉、停止。

3.1.2 刀臺控制

本機床采用電動四工位刀架控制流程如下:首先系統給出換刀指令如T10、T20、T30、T40，X11.2 由于不在刀位其信號狀態為高電平，梯形圖顯示為導通狀態，NC 輸出F26.0、F26.1、F26.2.經譯碼后，Y1002.3 導通,外部繼電器KA3 吸合KM4 動作刀架電機通電正轉，刀架松開并開始轉位，1 工位霍爾開關信號由低電平“0”變為高電平“1”。到達2 工位霍爾開關信號由高電平“1”變為低電平“0”。刀架繼續轉動，2 工位霍爾開關信號由低電平“0”變為高電平“1”。到達3工位霍爾開關信號X11.2 由高電平“1”變為低電平“0”。電機反轉，刀架開始鎖緊，電機反轉1.8 秒后電機停轉。

圖1 刀臺控制梯形圖

F7.3 刀具T 代碼選通信號；F1.1 系統復位信號；F26.0、F26.1、F26.2 NC 刀具指令T 代碼輸出；X1008.4 急停信號；X11.0、X11.1、X11.2、X11.3 刀具四個工位到達信號；Y1002.3 刀架正轉；Y1002.2 刀架反轉；R 中間繼電器；SUB3時間繼電器。

3.2 數控機床用PC

FANUC 0i-TA 作為基本的功能提供給用戶.其軟件和硬件被作為CNC 系統的基本功能而與CNC 其它功能一起設計制造.因此具有較5 的針對性.

3.2.1 PC 輸入輸出信號

PC的輸入輸出信號有兩類，一類直流輸入輸出信號,一類交流輸入輸出信號。

直流輸入信號是指機床側的開關、按鈕、繼電器觸點、傳感器等采集到的通斷信號。

如:限位開關、操作面板上的按鈕開關、PC 的輸入輸出接點。

直流輸出信號來自PC,經驅動電路送至機床側，驅動繼電器線圈、指示燈信號。

3.2.2 信號要求

DI 觸點容量:30V DC16mA。

DO 最大負載電流 ：200mA 耐壓 24V＋20%。

當輸出控制對象是電磁閥、電磁離合器等負載時，其工作電壓或電流超過最大允許值必須使用中間繼電器。中間繼電器線圈兩端要并聯續流二極管。

3.2.3 PC 指令

在設計控制程序時,基本指令用的較多,由于實現數控機床的邏輯較為復雜,因此必須借助功能指令來簡化編程,如二進制運算、回轉工作臺控制、一致比較等.就FANUC 的PMC-L 來說,基本指令有12種，功能指令有35種.

3.3 操作面板

機床操作面板主要用于手動方式或自動方式下對運動的操作。

3.3.1 方式選擇

1.自動運行方式（AUTO） 2.程序編輯方式（EDIT） 3.手動數據輸入方式（MDI）4.手動連續進給（JOG）5.手輪進給方式 6.回原點方式

3.3.2 其它功能

1.單程序段 2.機床鎖緊、3.空運行4.程序跳選5.主軸正反停 6.冷卻啟停 7.循環啟動 8.進給暫停 9.急停 10.XZ手動進給按鈕等。