基于PLC的可自由編程的儀表車床數(shù)控化改造系統(tǒng)

張鐵壁,劉 奎,張法渤,孫士尉,郭新軍

(1.河北工程技術(shù)高等專科學(xué)校,河北滄州 0610001;2.南水北調(diào)直管建管部,河北石家莊 050000; 3.南皮縣工程建設(shè)監(jiān)理公司,河北南皮 061500;4.遷西縣供電公司,河北唐山 064300)

基于PLC的可自由編程的儀表車床數(shù)控化改造系統(tǒng)

張鐵壁1,劉 奎2,張法渤3,孫士尉1,郭新軍4

(1.河北工程技術(shù)高等?？茖W(xué)校,河北滄州 0610001;2.南水北調(diào)直管建管部,河北石家莊 050000; 3.南皮縣工程建設(shè)監(jiān)理公司,河北南皮 061500;4.遷西縣供電公司,河北唐山 064300)

以對某儀表車床數(shù)控化改造為例,詳細(xì)介紹了通過PLC數(shù)控化改造的原理、方法以及程序設(shè)計(jì)等。改造后的儀表機(jī)床,可以進(jìn)行自由編程實(shí)現(xiàn)多種零件的加工。運(yùn)行效果證明該機(jī)床具有經(jīng)濟(jì)、方便、功能多、靈活、效率高等諸多優(yōu)點(diǎn),有較高的推廣價(jià)值。

儀表車床;PLC;自由編程;人機(jī)界面

儀表車床因其加工方便、靈活,在車床類加工設(shè)備中有較高的占有率,特別是加工較小的有色金屬類零件,生產(chǎn)效率高、操作方便。但是機(jī)加工質(zhì)量受人為因素影響很大,如工人的操作熟練程度,工作時(shí)間長短等[1]。PLC是先進(jìn)的工業(yè)化國家通用的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制設(shè)備,以其可靠性高、邏輯功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)在眾多的行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用,且小型PLC的價(jià)格目前亦很便宜,因此在普通車床的控制電路改造中發(fā)揮了及其重要的作用。使用PLC對儀表車床改造,進(jìn)行數(shù)控化,不但可以提高加工精度,保證加工質(zhì)量,提高生產(chǎn)效率,而且降低了工人的勞動強(qiáng)度,對工人的技能要求也可適當(dāng)降低[2]。文中以某儀表車床進(jìn)行數(shù)控化改造為例,介紹其改造的基本方案和原理。

1 系統(tǒng)的構(gòu)成

如圖1所示,改造后的數(shù)控系統(tǒng)除床體外主要有:X軸進(jìn)給、Y軸進(jìn)給、推料、頂針、鉆孔、夾緊、退料等7個(gè)氣缸以及信捷文本&PLC、電機(jī)等單元組成。

該機(jī)床是在普通儀表車床上加裝控制電磁閥與氣缸,并配裝交流電機(jī),分別控制主軸旋轉(zhuǎn)及X、Y軸刀架進(jìn)給氣缸的運(yùn)動。根據(jù)加工需要,設(shè)置加工工件號、動作氣缸以及步數(shù)等,通過信捷文本顯示器的操作面板輸入到PLC,來控制電機(jī)以及各個(gè)氣缸的動作關(guān)系,實(shí)現(xiàn)刀具與工件的相對運(yùn)動,完成零件的加工。該系統(tǒng)最多可完成10個(gè)不同的工件,每個(gè)工件可以有15步的動作。

圖1 儀表車床改造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2 輸入輸出分配

系統(tǒng)選擇的PLC為信捷的XP3-18RT一體機(jī)。該號PLC外形小巧,維護(hù)方便;不僅實(shí)現(xiàn)了一定的運(yùn)算和控制功能,而且動態(tài)顯示文本,具有報(bào)警等基本功能,外觀簡潔大方又富有時(shí)尚氣息。它具有10點(diǎn)/光耦隔離開關(guān)量輸入、8點(diǎn)/(繼電器輸出、晶體管輸出)開關(guān)量輸出、192×64像素(3.7 inh)LCD顯示、26個(gè)功能鍵。具體的輸入/輸出信號與PLC的對應(yīng)關(guān)系如表1所示。

表1 輸入/輸出信號變量分配表

3 自由編程的實(shí)現(xiàn)

3.1 工件號及步的實(shí)現(xiàn)

在程序中,用D0、D10實(shí)現(xiàn)工件號與步的加減設(shè)定。梯形圖如圖2所示,M0用于動作步的遞加,M1用于動作步的遞減;M2用于工件號的遞加,M3用于工件號的遞減(這些觸點(diǎn)分別對應(yīng)于文本輸出器的相應(yīng)按鈕)。比如設(shè)置工件1和工件2的加工步驟,首先使工件號寄存器D10內(nèi)容加1,然后通過D0來設(shè)置各部的動作氣缸;設(shè)置完畢工件1的加工步驟,按照同樣的方法設(shè)定工件2的加工步驟,該系統(tǒng)可以最多設(shè)置10種不同的加工工件。

圖2 工件號與步數(shù)設(shè)定梯形圖

對應(yīng)于每一步的動作設(shè)定,通過圖3所示的梯形圖來完成。圖中M3000=1,表示氣缸1動作,如果為0,則表示該步氣缸不動作,該動作的設(shè)定由文本顯示器的鍵盤設(shè)定。M3000到M3007分別對應(yīng)于系統(tǒng)的7個(gè)氣缸和一個(gè)電機(jī)。圖中只給出了2個(gè)氣缸的梯形圖。圖4所示為對每一步的動作進(jìn)行存儲(存儲的起始地址為D4100),并通過D40存儲該步動作的動作時(shí)間(起始地址為D4500),存儲地址采用了地址的偏移,偏移地址的數(shù)據(jù)存儲在D20寄存器中,偏移量的梯形圖如圖5所示,根據(jù)D10步數(shù)的內(nèi)容,將偏移地址進(jìn)行修改。

3.2 步動作的實(shí)現(xiàn)

每步動作的實(shí)現(xiàn),主要是每一步對應(yīng)的動作氣缸,將事先已經(jīng)存儲的工件號,按照其加工工藝進(jìn)行動作輸出,梯形圖如圖6所示。圖中D4100[D20]為存儲的工件1到10號的輸出,將之輸出給DY0,相應(yīng)的氣缸進(jìn)行動作,D4500[D20]存放的為該步的動作時(shí)間,[D20]為偏移量;D4100[D20].8存儲的為選擇時(shí)間還是位置選擇開關(guān)。這里巧妙利用了變址尋址和數(shù)據(jù)寄存器的位數(shù),節(jié)省了大量的程序空間。

圖6 步動作梯形示意圖

4 結(jié)論

用PLC將普通儀表機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造運(yùn)行一年多的效果證明,該系統(tǒng)技術(shù)上先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上可行、易于操作、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)。系統(tǒng)還具有以下優(yōu)點(diǎn)。

(1)系統(tǒng)靈活可靠,具有存儲功能。可以將常用工件的加工流程一次性輸入,按照工件編號隨時(shí)調(diào)用。

(2)系統(tǒng)軟件控制,易于擴(kuò)展,適應(yīng)性強(qiáng)。只要改變程序就可以加工不同的工件,控制程序稍作改動,就可以增加工件號以及動作步數(shù)。

[1] 李和平,夏翔.普通車床的數(shù)控改造[J].機(jī)床與液壓,2005(4):195.

[2] 陳娟.PLC在普通車床控制系統(tǒng)改造中的應(yīng)用[J].安徽科技學(xué)院學(xué)報(bào),2007,21(1):41-43.

(責(zé)任編輯:姜久超)

The Numerical Control Transformation System of Meter Lathe Based on PLC Free Program

ZHANG Tie-bi1,LIU Kui2,ZHANG Fa-bo3,SUN Shi-wei1,GUO Xin-jun4
(1.Hebei Engineering and Technical College,061001,Cang zhou,Hebei,China; 2.Construction and Administration Bureau of South-to-North Water Diversion,050000,Shijiazhuang,Hebei,China;
3.Nanpi Engineering Constouction Supervision Company,061500,Nanpi,Hebei,China; 4.Qianxi Power Supply Company,064300,Tangshan,Hebei,China)

Taking a numerical control transformation system of meter lathe as an example,this paper introduces the principle,method,and programming of numerical control transformation.The transformed lathe can be free programed to realize varities parts manufacture.The effects of running prove that the lathe has the advantages of ecnomy,convenience,multi-function,flexibility and high efficiency,which has higher promotional value.

meter lathe;PLC;free progarm;HMI

T G519.1

A

1008-3782(2012)02-0052-04

2012-03-26

張鐵壁(1968-),男,回族,河北海興人,河北工程技術(shù)高等?？茖W(xué)校電力工程系副教授,研究方向?yàn)橹悄軆x器儀表技術(shù)。