可編程序控制器在機床數控系統中應用

黃牧

摘 要：近年來，PLC在工業自動控制領域應用愈來愈廣，它在控制性能、組機周期和硬件成本等方面所表現出的綜合優勢是其它工控產品難以比擬的。隨著PLC技術的發展， 它在位置控制、過程控制、數據處理等方面的應用也越來越多。在機床的實際設計和生產過程中，為了提高數控機床加工的精度，對其定位控制裝置的選擇就顯得尤為重要。本文就數控機床的運行過程以及數控系統需要解決的幾個問題進行說明。

關鍵詞：數控；控制器；系統；效率；質量

我國是一個機床生產和應用大國，但數控技術的應用水平還不高，嚴重制約著我國制造業水平的提高。國際上的相關開發計劃對我國的數控技術的發展提出了嚴峻的挑戰，同時也帶來了機遇。只有選擇合適的PLC才能使定位達到預期的效果。采用了PLC控制，使電氣部分的抗干擾能力增加，提高了機床的運行可靠性，因而增加了設備的柔性，提高了設備的使用效率。

1 數控機床組成結構及工作過程

1.1 數控機床的組成

數控機床由輸入、輸出裝置、數控裝置、可編程控制器、伺服系統、檢測反饋裝置和機床本體等組成。如圖1。

1.2 裝置過程

輸入設備是將不同的加工信息傳輸給計算機處理。由于數控機床發展早期階段，輸入設備是一個簡單的穿孔紙帶，目的是記錄信息數據，現已淘汰。目前，使用鍵盤，硬盤等的使用，大大方便了信息的輸入工作，也解決了存儲帶來的麻煩。輸出指的是輸出參數值的內部運作，一般在機器時，我們作為一個紀錄的工作，將這些參數保存，等過了一段時間，然后只需輸入參數并比較原始數據，可以確定是否正常運行。數控機床設備是機床本體的核心，核心時的數據處理全部完工后，可以運行命令指揮數據的工作。其功能是接收送來的脈沖信號的，通過系統軟件或邏輯的過程中，執行各個部分進行規定的、有序的動作。主軸控制可編程控制器是通過命令處理控制轉速，控制主軸正反轉和停止，進給保持，切削液開關，卡盤夾緊松開等動作；還涉及了關于機床開關外部控制。測試反饋裝置，主要是檢測速度和位移，并將信息傳遞給數控設備，實現閉環控制的反饋，以確保數控加工精度。

1.3 合理的安排

數控加工的準備過程較復雜，內容多，含對零件的結構認識、工藝分析、工藝方案的制訂、加工程序編制及使用方法等。首先要由編程人員或操作人員通過對零件圖作深入分析，特別是工藝分析，確定合適的加工工藝，其中也包含了裝夾方法的確定、工序劃分、走刀路線及其切削用量的選擇等。為了提高工作效率，進給保持不應該持續性的利用，應該合理性的利用機床。這項指標直接導致對機床利用率的評價。

2 機床數控系統需要解決的幾個問題

機床是由機械和電氣兩部分組成，在設計總體方案時應從機電兩方面來考慮機床各種功能的實施方案，數控機床的機械要求和數控系統的功能都很復雜，所以更應機電溝通，揚長避短。機床控制系統選件、裝配、程序編制及操作都應該比較合理，精度和穩定性都必須滿足使用要求。同時為便于調試和檢修，各項操作均設手動功能，如手動各軸快慢移動、主軸高低速旋轉、切削液及潤滑開關等。PLC按照邏輯條件進行順序動作或按照時序動作，另外還有與順序、時序無關的按照邏輯關系進行聯鎖保護動作的控制，PLC發展成了取代繼電器線路和進行順序控制的主要產品，在機床的電氣控制中應用也比較普遍。

在實際控制中如何既能提高定位速度，同時又能保證定位精度是一項需要認真考慮并切實加以解決的問題。精度是機床必須保證的一項性能指標。位置伺服控制系統的位置精度在很大程度上決定了數控機床的加工精度。因此位置精度是一個極為重要的指標。為了保證有足夠的位置精度，一方面是正確選擇系統中開環放大倍數的大小，另一方面是對位置檢測元件提出精度的要求。因為在閉環控制系統中，對于檢測元件本身的誤差和被檢測量的偏差是很難區分出來的，反饋檢測元件的精度對系統的精度常常起著決定性的作用。高精度的控制系統必須有高精度的檢測元件作為保證。當現場條件發生變化時，系統的某些控制參數必須能作相應的修改，為滿足生產的連續性，要求對控制系統可變參數的修改應在線進行。盡管使用編程器可以方便快速地改變原設定參數，但編程器一般不能交現場操作人員使用；所以，應考慮開發其他簡便有效的方法實現PLC的可變控制參數的在線修改。另外為了防止電壓過高損壞PLC，電源輸入端加上壓敏電阻。為了防止過熱。

PLC不許安裝在變壓器等發熱元件的正上方，變頻器與PLC、伺服驅動器等保持一定距離。在元件間留有適當的空隙，以便散熱，并且在配電箱上安裝風扇降溫。此外，為保證控制系統的安全與穩定運行，還應解決控制系統的安全保護問題，如系統的行程保護、故障元件的自動檢測等。

3 機床定位伺服控制系統分析

3.1 淺談數控機床

數控機床是一種高效率，高精度的自動化現代化設備，提高數控機床的可靠性，安全性已變得非常重要。可靠性評估主要指標之一是可靠性。機床功能部件對數控機床的性能和功能有擁有開拓的非常重要的作用。所以它與不同的零部件和配件，不僅要有結構的協調合作，一般使用，而且它具有最優越的性能，而且還可以證明機床的個性化功能。用于高速數控系統不能僅可以提高數據處理能力，而且應該有加速和減速控制功能，平穩控制等先進技術。因此，我們必須選擇一個穩定，可靠的控制單元，以確保正常和有效的機床運行。

3.2 單步功能

單步動作為一種輔助工作方式常常在工作臺的調整中使用。機床的機械允許界限和實際加工要求的選擇決定于伺服系統最高速度，速度提高生產率也提高，但對驅動設施要求也就提高了。此外，從系統控制的角度來看，也有測試和反饋的問題，特別是在計算機控制系統里，我們必須考慮有足夠的時間進行軟件處理。在全閉環伺服控制系統，部件和位置檢測元件選擇的反饋是必不可少的。數控機床應具有穩定性，快速性和高精度。在大型數控機床中，機械傳動的時刻擁有較大的慣性，固有低頻率。全閉環包括了進給系統軸的不穩定因素，當不正確的調整，會使機器很容易出現抖動現象。因此，全閉環數控機床伺服系統的速度比在穩定的情況下半閉環伺服系統，定位精度高。伺服電機編碼器將檢測信號反饋到伺服驅動器，伺服電機的速度和輸入脈沖頻率信號成正比，但是電機編碼器則是由脈沖數決定

4 相關程序設計與操作

PLC通過編程器輸入程序，達到控制目的。由于PLC的工作過程是循環性的，因此會快速的執行程序。另外針對軟件故障，必須在設計上采用直接導入程序，執行自動停止運行，這時機器會停止運作程序，有效地減少事故的發生。

5 小結

我國目前對數控技床的需求日益增加，國內市場的需求量很大，所以我國機床企業必須奮發圖強，不斷擴大技術隊伍和提高人員的技術素質，學習和引進國外技術的先進科學技術，以便早日趕上世界先進水平。

參考文獻

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