基于PLC機(jī)電一體化技術(shù)在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用探討

童群

（慈興集團(tuán)有限公司，浙江 慈溪 315300）

機(jī)電一體化是當(dāng)前科技發(fā)展的重大突破，隨著集成電路的產(chǎn)生，并由于信息技術(shù)的飛速發(fā)展，使得機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)得到了有效的融合，從而產(chǎn)生了機(jī)電一體化技術(shù)。數(shù)控機(jī)床是機(jī)電一體化的代表性產(chǎn)品之一，在推進(jìn)制造業(yè)發(fā)展中有著重要意義，同時，機(jī)電一體化在數(shù)控機(jī)床中的使用，對于我國現(xiàn)代化的建設(shè)也起到了舉足輕重的作用。PLC即可編程邏輯控制器，是一種特地為工業(yè)生產(chǎn)自動化設(shè)計的數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)，其核心是以編程的程序處理器，通過內(nèi)部的存儲記憶展開邏輯運算、順序控制、定時等指令，把PLC機(jī)電一體化應(yīng)用在數(shù)控機(jī)床里。在實際工作中，工作人員通過數(shù)字設(shè)備的輸入輸出就能控制生產(chǎn)過程，大大提高了數(shù)控機(jī)床的智能化能力，推進(jìn)了工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。

1 數(shù)控機(jī)床與 PLC 的概述

1.1 數(shù)控機(jī)床的組成

數(shù)控機(jī)床是數(shù)字控制機(jī)床的簡稱，是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動化機(jī)床。這種控制系統(tǒng)能夠有效的處理具有控制編碼或者其他符號、指令的程序，通過把指令進(jìn)行譯碼，使用計算機(jī)數(shù)字代碼來顯示，最后通過信息載體輸入對應(yīng)的數(shù)控設(shè)備。數(shù)控機(jī)床由輸入輸出設(shè)備、CNC單元、伺服單元、驅(qū)動裝置、可編程控制器PLC和電器控制裝置、輔助裝置、機(jī)床本體及測量裝置構(gòu)成。

1.2 PLC性能概述

（1）編程簡單。PLC是一種基礎(chǔ)的計算機(jī)編程方式，它的指令簡單，非常易于掌握，梯形圖與傳統(tǒng)的繼電器控制圖相似。PLC的輸入和輸出口能直接和繼電器、接觸器等相連，使用方便。且PLC的編程方法簡單，對操作人員的文化水平要求不高，可以在短期內(nèi)學(xué)會，使得PLC的可操作性大大提高。

（2）通用性強。PLC擁有較強的兼容性，在實際使用時，對同一臺PLC只需要改變軟件就可以對其他系統(tǒng)進(jìn)行操作。同時，PLC系列的產(chǎn)品較多，可以通過互相組合來對不同系統(tǒng)進(jìn)行控制。較高的兼容性使得它能滿足不同的控制要求。

（3）體積小、重量輕、功能強，具有較高的性價比。PLC不但設(shè)備體積較小、重量較輕，而且擁有緊密的結(jié)構(gòu)和堅固的外形，功能實用且強大，擁有非常高的使用性價比。并且在數(shù)控設(shè)備的安裝過程中很容易裝入，是機(jī)電一體化中最實用的控制設(shè)備。

（4）PLC具有較高的可靠性，抗干擾能力強。由于PLC的設(shè)計是特別為工業(yè)控制設(shè)計的專用計算機(jī)，所以它對環(huán)境有較強的適應(yīng)性，且抗干擾能力強大。同時，在工作設(shè)計上也十分人性化，它可以根據(jù)硬件的支持去執(zhí)行軟件的全過程。PLC在周期性的循環(huán)掃描工作中，掃描的順序可以通過用戶的指令而改變，也可以根據(jù)自由的順序進(jìn)行。

2 PLC在數(shù)控機(jī)床中的作用

（1）機(jī)床操作面板控制。PLC在對數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行控制時，主要是把操作面板上的信號傳輸給接口信號區(qū)。主要有3個功能：S功能，通過控制主軸轉(zhuǎn)速使用二位代碼或者四位代碼進(jìn)行替換；T功能，通過系統(tǒng)對機(jī)床刀庫進(jìn)行管理，實現(xiàn)工具的自動變換使用；M功能，即輔助功能。

（2）輸入信號控制。PLC通過打開、關(guān)閉輸入信號，傳輸給相應(yīng)的控制對象，從而實現(xiàn)開關(guān)的控制作用。

（3）對各種電工元件進(jìn)行控制。PLC能通過信號輸出，對各種操作裝置進(jìn)行控制。

（4）伺服控制。在機(jī)電設(shè)備中，可以通過對計算機(jī)加載驅(qū)動裝置，來伺服控制各種電動機(jī)。

（5）報警處理控制。PLC可以通過對機(jī)床產(chǎn)生的故障信號進(jìn)行準(zhǔn)確地收集，在收到報警數(shù)據(jù)時，產(chǎn)生報警信號，使工作人員能夠及時發(fā)現(xiàn)和處理問題。

3 機(jī)械設(shè)計中PLC機(jī)電一體化技術(shù)的使用

機(jī)械技術(shù)是工業(yè)大機(jī)器生產(chǎn)的基礎(chǔ)，PLC機(jī)電一體化技術(shù)的使用建立在機(jī)械技術(shù)的前提上，是對機(jī)械技術(shù)的智能化擴(kuò)展和增強。在機(jī)械設(shè)計中，PLC機(jī)電一體化能夠在防護(hù)裝置、自動排屑裝置、傳動裝置等方面使用。例如，在防護(hù)裝置上，目前的數(shù)控機(jī)床一般把開放式的作業(yè)方式改為全封閉或者半封閉式，使得人工操作的干擾對PLC機(jī)電一體化的影響達(dá)到最小化，不需要操作人員隨時掌握加工情況，且封閉的環(huán)境對生產(chǎn)沒有不利影響，同時還減少了切削金屬屑造成的破壞，使安全性得到了大大的提升；自動排屑主要經(jīng)過內(nèi)置機(jī)械器件進(jìn)行，在數(shù)控機(jī)床工作時，切削殘留的金屬屑會對作業(yè)產(chǎn)生干擾，嚴(yán)重時甚至?xí)p少鎖刀等工具的使用壽命。在PLC機(jī)電一體化技術(shù)的基礎(chǔ)下，在加工時，內(nèi)置的機(jī)械器件能對金屬屑進(jìn)行自動收集，并集中處理，防止了破壞的產(chǎn)生；數(shù)控機(jī)床的傳動系統(tǒng)分為主傳動和進(jìn)給傳動兩種模式，在傳統(tǒng)方式下，兩種模式需要同時啟動，但是在PLC機(jī)電一體化的基礎(chǔ)下，兩者能夠進(jìn)行分離。可以在PLC系統(tǒng)中設(shè)定默認(rèn)的控制程序，對主傳動和進(jìn)給傳動進(jìn)行分離控制，并且連接單獨的伺服電機(jī)，大大提升了控制能力，使得系統(tǒng)能夠進(jìn)行多軸聯(lián)動或者單軸聯(lián)動，從而提升系統(tǒng)的工作效率。

4 執(zhí)行與驅(qū)動技術(shù)中PLC機(jī)電一體化技術(shù)的使用

執(zhí)行與驅(qū)動技術(shù)是數(shù)控機(jī)床各項工作進(jìn)行具體執(zhí)行的重中之重，也是PLC機(jī)電一體化技術(shù)在數(shù)控機(jī)床中使用的重點之一。伺服驅(qū)動技術(shù)面對的主要使用對象是執(zhí)行原件和它的驅(qū)動裝置，在全部的數(shù)控機(jī)床中，數(shù)控裝置和執(zhí)行設(shè)備一定是相連的，通信連接也具有很高的可靠性，使得全部的輸入指令得到了快速的響應(yīng)與執(zhí)行。并且執(zhí)行原件還能通過機(jī)械接口與執(zhí)行機(jī)構(gòu)展開連接，它們的相連能夠使各種控制和調(diào)整指令得到準(zhǔn)確有效地執(zhí)行。在執(zhí)行與驅(qū)動系統(tǒng)中使用PLC機(jī)電一體化技術(shù)，它的作用原理和控制環(huán)節(jié)具有一致性，操作人員的指令是改變數(shù)控機(jī)床使用的關(guān)鍵，PLC機(jī)電一體化技術(shù)能夠精簡全部過程。同時，還能確保改變的準(zhǔn)確性。只要各種指令和單片機(jī)的儲存記憶相同，那么改變就能有效進(jìn)行，從而杜絕了傳統(tǒng)機(jī)床中人為操作的失誤。

5 自動控制系統(tǒng)中PLC機(jī)電一體化技術(shù)的使用

自動控制技術(shù)是PLC機(jī)電一體化技術(shù)的關(guān)鍵，它的作用是對單片機(jī)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、輸入輸出系統(tǒng)和執(zhí)行構(gòu)件進(jìn)行支持。雖然不同數(shù)控機(jī)床在設(shè)計的細(xì)節(jié)上有所不同，但是在總的原理上還是相同，所以能夠?qū)LC機(jī)電一體化技術(shù)集成到設(shè)備中去，使其在數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)中得到使用。在具體使用時，機(jī)床的使用參數(shù)往往都需要隨時調(diào)整，操作人員通過輸入系統(tǒng)的調(diào)整指令，使通信系統(tǒng)把相關(guān)指令快速傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，單片機(jī)再通過在默認(rèn)存儲器中匹配與指令相對應(yīng)的部分，確定指令準(zhǔn)確后，把變更的參數(shù)指令傳輸給執(zhí)行構(gòu)件，從而完成參數(shù)的改變，并通過輸出系統(tǒng)把改變的最后結(jié)果傳遞給操作人員，全部過程都是半無人化，且基本上小于5s。

在PLC機(jī)電一體化的技術(shù)支持下，使數(shù)控機(jī)床能夠進(jìn)行半自動化運行，具有較高精度的控制技術(shù)將使全部參數(shù)的改變都能夠快速進(jìn)行，避免了傳統(tǒng)方式下因人工操作而造成的失誤。尤其需要重視的是，當(dāng)前我國各種數(shù)控機(jī)床面對的主要問題是電動穩(wěn)定性控制，在機(jī)床運行時，由于受到電動機(jī)在飛速轉(zhuǎn)動中帶來的干擾，使得切削數(shù)據(jù)可能會慢慢偏離固定值，使得產(chǎn)品出現(xiàn)細(xì)微的偏差。但是在數(shù)控技術(shù)發(fā)達(dá)的德國，操作人員能夠通過及時改變切削數(shù)據(jù)，使得系統(tǒng)保持產(chǎn)品的準(zhǔn)確性，它的操作功能與我國現(xiàn)在使用的PLC機(jī)電一體化技術(shù)差別不大，能夠起到一定的借鑒作用。例如通過把實時調(diào)整功能和現(xiàn)有的技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，抑或是通過添加報警系統(tǒng)，在實際工作值與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)出現(xiàn)較大差別時，機(jī)床自動產(chǎn)生警報，提示操作人員進(jìn)行參數(shù)的更正，從而大大提升PLC機(jī)電一體化技術(shù)的使用有效性。

6 結(jié)語

綜上所述，PLC機(jī)電一體化技術(shù)通過把計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)以及信息技術(shù)進(jìn)行有效的結(jié)合，使得其在數(shù)控機(jī)床加工中顯示出巨大的優(yōu)勢。通過把該技術(shù)使用在數(shù)控機(jī)床中，可以大大增加目前數(shù)控機(jī)床加工中的操作安全性與工件的加工精確度，對于提高工作效率、獲取更大的綜合效益具有重要作用。