基于AD系列數(shù)控機(jī)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(yè)學(xué)校, 江蘇 常熟 215500）

0.前言

近年來，隨著國內(nèi)各種類型機(jī)床改造需求的擴(kuò)大，機(jī)床改造已經(jīng)逐漸形成了一個(gè)產(chǎn)業(yè)，其中絕大部分是數(shù)控機(jī)床的改造。改造后的機(jī)床易于操作，加工效率高，廢品率低，成品一致性好；能實(shí)現(xiàn)螺紋及形狀復(fù)雜的軸套類零件的加工，能夠進(jìn)行切槽、鉆、擴(kuò)等加工，尤其適用于多品種，中小批量加工，工藝適應(yīng)性強(qiáng)。

1.改造的概述和要求

AD系列數(shù)控機(jī)床是屬于半閉環(huán)控制系統(tǒng)的全功能數(shù)控車床，適宜加工各種形狀復(fù)雜的軸、套、盤類零件，如車削內(nèi)、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(shù)控機(jī)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?qū)崿F(xiàn)X、Z、C 三軸聯(lián)動(dòng)，可用于加工各種軸類、盤類零件。

該機(jī)床的最大車削直徑大，工件最大長度長，其主軸運(yùn)動(dòng)的正反轉(zhuǎn)依靠兩組機(jī)械式摩擦片離合器完成，主軸的制動(dòng)采用液壓制動(dòng)器，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的縱向左右運(yùn)動(dòng)、橫向前后運(yùn)動(dòng)以及快速移動(dòng)都集中有數(shù)控系統(tǒng)控制。對(duì)電氣控制的要求是：

（1）對(duì)于長度較長的工件，為了減少輔助工作時(shí)間，除了配備一臺(tái)主軸運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)以外，還應(yīng)配備一臺(tái)刀架快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)。

（2）對(duì)于機(jī)床在加工時(shí)容易產(chǎn)生高溫，故需配備一臺(tái)普通冷卻泵電動(dòng)機(jī)。

（3）要有一套局部照明裝置以及一定工作狀態(tài)指示燈。

2.AD系列數(shù)控機(jī)床的整體設(shè)計(jì)

本機(jī)床包括床身、主軸箱、床鞍、Z 向進(jìn)給、尾座等幾大部分；底座為分體式結(jié)構(gòu)，剛性足工藝性好；機(jī)床縱向和橫向?qū)к壔瑒?dòng)副采用TSF 貼塑對(duì)淬硬磨削導(dǎo)軌配合，摩擦系數(shù)小，動(dòng)、靜摩擦系數(shù)之差小，使之具有良好的耐磨性及可靠的伺服性；滑動(dòng)面及滾珠絲杠副采用集中自動(dòng)潤滑系統(tǒng)，確保了各重要部件都能工作在良好的潤滑狀態(tài)之下；自動(dòng)刀架為立式四工位，免抬起，換刀快速方便；卡盤為手動(dòng)也可選用電動(dòng)卡盤或液壓卡盤；尾座為液壓尾座；采用半防護(hù)裝置，裝卸工件方便，操作面板可根據(jù)需要很方便地調(diào)整位置。

3.數(shù)控機(jī)床的邏輯控制改造

3.1 主軸S功能和刀臺(tái)控制

3.1.1 主軸S功能

本機(jī)床采用四檔無級(jí)變速，利用M 接口實(shí)現(xiàn)主軸機(jī)械分段換檔，利用S 接口實(shí)現(xiàn)速度控制。

1）主軸變速過程如下：

主軸在變頻電機(jī)的帶動(dòng)下低速正反擺動(dòng),此時(shí)對(duì)應(yīng)的換檔油缸得電推動(dòng)變速齒輪進(jìn)行換檔。當(dāng)變速油缸上方的接近開關(guān)給出齒輪到位信號(hào)后，換檔結(jié)束。輸入M03、S100 主軸即以 100r/min 的速度正轉(zhuǎn)，輸入 M04、S150 主軸即以150r/min的速度反轉(zhuǎn)，輸入M05 主軸停。

2）主軸速度控制S功能

通過數(shù)控系統(tǒng)的模擬量接口來完成。其輸出與主軸速度相對(duì)應(yīng)的＋10V 到－10V 或＋10V 連續(xù)可調(diào)模擬量，與變頻器結(jié)合實(shí)現(xiàn)主軸速度的控制。

3）主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止功能

使用M功能的M03、M04、M05 代碼來實(shí)現(xiàn)。執(zhí)行M03、M04、M05 指令時(shí)，CNC 通知PLC 來完成M 代碼的譯碼工作，相應(yīng)的輸出口動(dòng)作通知變頻器控制電機(jī)實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止。

3.1.2 刀臺(tái)控制

本機(jī)床采用電動(dòng)四工位刀架控制流程如下:首先系統(tǒng)給出換刀指令如T10、T20、T30、T40，X11.2 由于不在刀位其信號(hào)狀態(tài)為高電平，梯形圖顯示為導(dǎo)通狀態(tài)，NC 輸出F26.0、F26.1、F26.2.經(jīng)譯碼后，Y1002.3 導(dǎo)通,外部繼電器KA3 吸合KM4 動(dòng)作刀架電機(jī)通電正轉(zhuǎn)，刀架松開并開始轉(zhuǎn)位，1 工位霍爾開關(guān)信號(hào)由低電平“0”變?yōu)楦唠娖健?”。到達(dá)2 工位霍爾開關(guān)信號(hào)由高電平“1”變?yōu)榈碗娖健?”。刀架繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，2 工位霍爾開關(guān)信號(hào)由低電平“0”變?yōu)楦唠娖健?”。到達(dá)3工位霍爾開關(guān)信號(hào)X11.2 由高電平“1”變?yōu)榈碗娖健?”。電機(jī)反轉(zhuǎn)，刀架開始鎖緊，電機(jī)反轉(zhuǎn)1.8 秒后電機(jī)停轉(zhuǎn)。

圖1 刀臺(tái)控制梯形圖

F7.3 刀具T 代碼選通信號(hào)；F1.1 系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)；F26.0、F26.1、F26.2 NC 刀具指令T 代碼輸出；X1008.4 急停信號(hào)；X11.0、X11.1、X11.2、X11.3 刀具四個(gè)工位到達(dá)信號(hào)；Y1002.3 刀架正轉(zhuǎn)；Y1002.2 刀架反轉(zhuǎn)；R 中間繼電器；SUB3時(shí)間繼電器。

3.2 數(shù)控機(jī)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(tǒng)的基本功能而與CNC 其它功能一起設(shè)計(jì)制造.因此具有較5 的針對(duì)性.

3.2.1 PC 輸入輸出信號(hào)

PC的輸入輸出信號(hào)有兩類，一類直流輸入輸出信號(hào),一類交流輸入輸出信號(hào)。

直流輸入信號(hào)是指機(jī)床側(cè)的開關(guān)、按鈕、繼電器觸點(diǎn)、傳感器等采集到的通斷信號(hào)。

如:限位開關(guān)、操作面板上的按鈕開關(guān)、PC 的輸入輸出接點(diǎn)。

直流輸出信號(hào)來自PC,經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路送至機(jī)床側(cè)，驅(qū)動(dòng)繼電器線圈、指示燈信號(hào)。

3.2.2 信號(hào)要求

DI 觸點(diǎn)容量:30V DC16mA。

DO 最大負(fù)載電流 ：200mA 耐壓 24V＋20%。

當(dāng)輸出控制對(duì)象是電磁閥、電磁離合器等負(fù)載時(shí)，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(lián)續(xù)流二極管。

3.2.3 PC 指令

在設(shè)計(jì)控制程序時(shí),基本指令用的較多,由于實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的邏輯較為復(fù)雜,因此必須借助功能指令來簡化編程,如二進(jìn)制運(yùn)算、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)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(jī)床操作面板主要用于手動(dòng)方式或自動(dòng)方式下對(duì)運(yùn)動(dòng)的操作。

3.3.1 方式選擇

1.自動(dòng)運(yùn)行方式（AUTO） 2.程序編輯方式（EDIT） 3.手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入方式（MDI）4.手動(dòng)連續(xù)進(jìn)給（JOG）5.手輪進(jìn)給方式 6.回原點(diǎn)方式

3.3.2 其它功能

1.單程序段 2.機(jī)床鎖緊、3.空運(yùn)行4.程序跳選5.主軸正反停 6.冷卻啟停 7.循環(huán)啟動(dòng) 8.進(jìn)給暫停 9.急停 10.XZ手動(dòng)進(jìn)給按鈕等。