單贊

摘 要：PLC，即所謂的可編程控制器，由CPU，存儲(chǔ)器，I/O模塊等外部設(shè)備和電源組成的。PLC適應(yīng)性強(qiáng)，能夠在環(huán)境復(fù)雜、惡劣的數(shù)控機(jī)床中穩(wěn)定運(yùn)行。數(shù)控機(jī)床相對(duì)于普通機(jī)床優(yōu)勢(shì)在于進(jìn)行批量生產(chǎn)時(shí)具有較高的效率，而數(shù)控機(jī)床在加工過程中，除了各運(yùn)動(dòng)軸按照程序軌跡精密運(yùn)行以外，還需要各種輔助動(dòng)作，如切削液開關(guān)，氣動(dòng)液壓家頭夾緊、松開，機(jī)床輔助燈的開關(guān)，尾座的頂緊或者收回等等，而上述輔助功能均需利用開關(guān)變量進(jìn)行控制，而PLC控制的特點(diǎn)就在于以開關(guān)量控制為特長，再加上PLC控制編程簡單，使用方便，鑒于上述原因，PLC在數(shù)控機(jī)床電氣控制方面應(yīng)用廣泛。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床;電氣控制;PLC

一、數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的組成

數(shù)控機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)由工控機(jī)、電源模塊、電機(jī)模塊、電機(jī)、光柵尺以及各種傳感器模塊、分布式模塊等部分組成，其中工控機(jī)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)于文件數(shù)據(jù)的讀取與定位并通過數(shù)據(jù)總線傳輸?shù)竭\(yùn)動(dòng)控制單元中。PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)于數(shù)控機(jī)床中的各種信號(hào)的檢測(cè)和控制等。[2]而如今高精度的數(shù)控機(jī)床更是通過主控單元，伺服控制單元和電機(jī)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，而這種閉環(huán)控制離不開各種檢測(cè)信息，PLC在處理這些檢測(cè)信息，并對(duì)異常信號(hào)進(jìn)行報(bào)警的功能對(duì)高性能數(shù)控機(jī)床而言是不可或缺的。

二、PLC在數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的應(yīng)用

（一）面板控制

數(shù)控機(jī)床為了方便用戶操作，均具備有面板操作界面，用戶可以通過面板操作界面對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行全面的控制和調(diào)試。例如，數(shù)控加工程序的編制和調(diào)整，手動(dòng)移動(dòng)軸的控制，刀架的控制，加工參數(shù)的控制等等。具體來說，用戶通過手動(dòng)方式對(duì)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行控制，如控制數(shù)控機(jī)床至“MDI”模式，輸入：T0101，運(yùn)行后信號(hào)輸入至PLC，PLC進(jìn)行運(yùn)算后控制刀架運(yùn)行幾個(gè)刀位停止，然后控制相應(yīng)的電磁繼電器關(guān)閉或者打開，與其相連接的刀架電機(jī)打開后，運(yùn)行兩個(gè)刀位后，PLC數(shù)控電磁繼電器關(guān)閉信號(hào)，此時(shí)刀架電機(jī)停轉(zhuǎn)，從而完成數(shù)控車床刀具更換的摸底。

（二）電機(jī)控制

電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床最為重要的部分。以數(shù)控車床為例，數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)電機(jī)包含主軸電機(jī)，X軸伺服電機(jī)，Z軸伺服電機(jī)，刀架電機(jī)等等。這些電機(jī)不僅能通過數(shù)控機(jī)床CNC控制系統(tǒng)坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，還能通過PLC信號(hào)對(duì)相應(yīng)電機(jī)的開閉，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)電器系統(tǒng)的控制。

（三）與數(shù)控機(jī)床信息交換

信息流通是否順暢以及信息是否能夠有效的實(shí)現(xiàn)共享和交換是影響整個(gè)數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定的關(guān)鍵因素。[3]作為數(shù)控機(jī)床兩個(gè)目前及其重要的系統(tǒng)，電氣控制和CNC系統(tǒng)的信息交流就顯得尤為重要。最CNC系統(tǒng)來說，當(dāng)數(shù)控程序加工至特意設(shè)置的程序段時(shí)，如暫停功能“M00”時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)將該程序段輸入至PLC系統(tǒng)，處理完成后，輸出至相應(yīng)的電磁繼電器，電磁繼電器斷開，相應(yīng)的軸伺服電機(jī)停轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工過程暫停功能。

（四）輔助系統(tǒng)控制

數(shù)控機(jī)床除了需要個(gè)運(yùn)動(dòng)軸按照程序的軌跡精確做出運(yùn)動(dòng)以外，還需要各個(gè)輔助系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)作，這些輔助系統(tǒng)的控制離不開PLC。數(shù)控機(jī)床的輔助系統(tǒng)包括，切削液系統(tǒng)，機(jī)床防護(hù)裝置，主軸液壓控制系統(tǒng)，尾座液壓控制系統(tǒng)，自動(dòng)潤滑系統(tǒng)等等。以數(shù)控機(jī)床自動(dòng)潤滑裝置為例，數(shù)控機(jī)床運(yùn)行一段時(shí)間后，計(jì)時(shí)裝置將信息傳輸至PLC中，經(jīng)過處理將信號(hào)輸出至特定的電磁繼電器，從而控制相應(yīng)油泵的工作，從而將潤滑油輸送至機(jī)床各個(gè)位置，油泵運(yùn)行一段時(shí)間后，計(jì)時(shí)器將計(jì)時(shí)信息輸入至PLC，輸出信號(hào)最終實(shí)現(xiàn)對(duì)油泵打開，關(guān)系，電磁閥的打開或者關(guān)閉。與自動(dòng)潤滑裝置類似，PLC可以實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床輔助系統(tǒng)的控制。

（五）報(bào)警處理控制

數(shù)控機(jī)床是一個(gè)復(fù)雜的集成系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)其穩(wěn)定運(yùn)行，必須對(duì)其狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，如刀具在數(shù)控機(jī)床中的運(yùn)動(dòng)位置是否超出行程，潤滑裝置油量是否充足，刀具補(bǔ)償是否過切，刀架運(yùn)動(dòng)是否正常等等，一旦某些傳感器或者是參數(shù)出現(xiàn)異常，信息立即反饋至PLC中，PLC經(jīng)過運(yùn)算輸出控制信號(hào)，給相應(yīng)的繼電器等執(zhí)行裝置，報(bào)警燈紅色亮，操作面板顯示器報(bào)警，運(yùn)動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)停止等等。上述這一系列的動(dòng)作都是通過PLC實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于高端機(jī)床或者電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)良的數(shù)控機(jī)床，其監(jiān)測(cè)點(diǎn)一定是更多的，報(bào)警類型自然也更多，但是它能在機(jī)床發(fā)生意外時(shí)以最短的速度進(jìn)行反饋，保護(hù)機(jī)床和工件安全。

三、PLC在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域的探索應(yīng)用

數(shù)控機(jī)床經(jīng)過長時(shí)間的發(fā)展，一方面精度越來越高，另一方面自動(dòng)化程度越來越好，然而，無論是何種發(fā)展，都離不開PLC的高效利用。本文通過提高數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化程度這方面，對(duì)PLC在數(shù)控機(jī)床電器控制系統(tǒng)中的重要應(yīng)用進(jìn)行討論。

就數(shù)控車床而言，為了提高數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化程度，對(duì)車床夾持系統(tǒng)進(jìn)行改造，添加桁架、機(jī)械手等外圍輔助系統(tǒng)。針對(duì)一個(gè)生產(chǎn)節(jié)拍，由桁架或者機(jī)械手將工件送入夾持系統(tǒng)，夾緊，零件加工，夾持系統(tǒng)松開，機(jī)械手或桁架工作松卸工件，開始下一個(gè)節(jié)拍，如此循環(huán)。對(duì)于這樣一個(gè)自動(dòng)控制過程，關(guān)鍵除了CNC系統(tǒng)的精確運(yùn)行外，夾持系統(tǒng)的夾緊和松開時(shí)機(jī)也是十分重要的，這又是如何通過PLC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的呢？首先，數(shù)控車床夾持系統(tǒng)選擇液壓自動(dòng)三爪卡盤或者液壓前推式夾頭，然后用戶自行定制M輔助功能代碼，寫入PLC程序，在NC程序中指定特定的M代碼，數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行到該代碼時(shí)，將信號(hào)輸入給PLC，PLC對(duì)特定的繼電器發(fā)出信號(hào)，從而控制液壓系統(tǒng)電磁閥的開閉，進(jìn)而使自動(dòng)夾持系統(tǒng)夾緊或者松開，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的自動(dòng)夾緊或者松開功能。

總結(jié)：

隨著PLC在數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)中越來越廣泛和深入的應(yīng)用，數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化程度越來越高，工人操作對(duì)數(shù)控機(jī)床運(yùn)行的影響也越來越小，從而提高數(shù)控機(jī)床的加工精度和加工效率。在數(shù)控機(jī)床對(duì)國家工業(yè)影響逐步增加的背景下，應(yīng)該深挖PLC在數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)，特別是電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，從而提高國家數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平。

參考文獻(xiàn)

[1]倪濤軼.數(shù)控機(jī)床PLC控制技術(shù)[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2018（17）：245-247.

[2]童群.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[J].中國設(shè)備工程，2018（17）：180-181.

[3]李紀(jì)明.PLC在數(shù)控機(jī)床中的自動(dòng)化控制應(yīng)用[J].農(nóng)家參謀，2018（13）：219.

（作者單位：沈機(jī)（上海）智能系統(tǒng)研發(fā)設(shè)計(jì)有限公司）