可編程序控制器在機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)中應(yīng)用

黃牧

摘 要：近年來，PLC在工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域應(yīng)用愈來愈廣，它在控制性能、組機(jī)周期和硬件成本等方面所表現(xiàn)出的綜合優(yōu)勢(shì)是其它工控產(chǎn)品難以比擬的。隨著PLC技術(shù)的發(fā)展， 它在位置控制、過程控制、數(shù)據(jù)處理等方面的應(yīng)用也越來越多。在機(jī)床的實(shí)際設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程中，為了提高數(shù)控機(jī)床加工的精度，對(duì)其定位控制裝置的選擇就顯得尤為重要。本文就數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行過程以及數(shù)控系統(tǒng)需要解決的幾個(gè)問題進(jìn)行說明。

關(guān)鍵詞：數(shù)控；控制器；系統(tǒng)；效率；質(zhì)量

我國是一個(gè)機(jī)床生產(chǎn)和應(yīng)用大國，但數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用水平還不高，嚴(yán)重制約著我國制造業(yè)水平的提高。國際上的相關(guān)開發(fā)計(jì)劃對(duì)我國的數(shù)控技術(shù)的發(fā)展提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，同時(shí)也帶來了機(jī)遇。只有選擇合適的PLC才能使定位達(dá)到預(yù)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(jī)床的運(yùn)行可靠性，因而增加了設(shè)備的柔性，提高了設(shè)備的使用效率。

1 數(shù)控機(jī)床組成結(jié)構(gòu)及工作過程

1.1 數(shù)控機(jī)床的組成

數(shù)控機(jī)床由輸入、輸出裝置、數(shù)控裝置、可編程控制器、伺服系統(tǒng)、檢測(cè)反饋裝置和機(jī)床本體等組成。如圖1。

1.2 裝置過程

輸入設(shè)備是將不同的加工信息傳輸給計(jì)算機(jī)處理。由于數(shù)控機(jī)床發(fā)展早期階段，輸入設(shè)備是一個(gè)簡單的穿孔紙帶，目的是記錄信息數(shù)據(jù)，現(xiàn)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(chǔ)帶來的麻煩。輸出指的是輸出參數(shù)值的內(nèi)部運(yùn)作，一般在機(jī)器時(shí)，我們作為一個(gè)紀(jì)錄的工作，將這些參數(shù)保存，等過了一段時(shí)間，然后只需輸入?yún)?shù)并比較原始數(shù)據(jù)，可以確定是否正常運(yùn)行。數(shù)控機(jī)床設(shè)備是機(jī)床本體的核心，核心時(shí)的數(shù)據(jù)處理全部完工后，可以運(yùn)行命令指揮數(shù)據(jù)的工作。其功能是接收送來的脈沖信號(hào)的，通過系統(tǒng)軟件或邏輯的過程中，執(zhí)行各個(gè)部分進(jìn)行規(guī)定的、有序的動(dòng)作。主軸控制可編程控制器是通過命令處理控制轉(zhuǎn)速，控制主軸正反轉(zhuǎn)和停止，進(jìn)給保持，切削液開關(guān)，卡盤夾緊松開等動(dòng)作；還涉及了關(guān)于機(jī)床開關(guān)外部控制。測(cè)試反饋裝置，主要是檢測(cè)速度和位移，并將信息傳遞給數(shù)控設(shè)備，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制的反饋，以確保數(shù)控加工精度。

1.3 合理的安排

數(shù)控加工的準(zhǔn)備過程較復(fù)雜，內(nèi)容多，含對(duì)零件的結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)、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(duì)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(jìn)給保持不應(yīng)該持續(xù)性的利用，應(yīng)該合理性的利用機(jī)床。這項(xiàng)指標(biāo)直接導(dǎo)致對(duì)機(jī)床利用率的評(píng)價(jià)。

2 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)需要解決的幾個(gè)問題

機(jī)床是由機(jī)械和電氣兩部分組成，在設(shè)計(jì)總體方案時(shí)應(yīng)從機(jī)電兩方面來考慮機(jī)床各種功能的實(shí)施方案，數(shù)控機(jī)床的機(jī)械要求和數(shù)控系統(tǒng)的功能都很復(fù)雜，所以更應(yīng)機(jī)電溝通，揚(yáng)長避短。機(jī)床控制系統(tǒng)選件、裝配、程序編制及操作都應(yīng)該比較合理，精度和穩(wěn)定性都必須滿足使用要求。同時(shí)為便于調(diào)試和檢修，各項(xiàng)操作均設(shè)手動(dòng)功能，如手動(dòng)各軸快慢移動(dòng)、主軸高低速旋轉(zhuǎn)、切削液及潤滑開關(guān)等。PLC按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作或按照時(shí)序動(dòng)作，另外還有與順序、時(shí)序無關(guān)的按照邏輯關(guān)系進(jìn)行聯(lián)鎖保護(hù)動(dòng)作的控制，PLC發(fā)展成了取代繼電器線路和進(jìn)行順序控制的主要產(chǎn)品，在機(jī)床的電氣控制中應(yīng)用也比較普遍。

在實(shí)際控制中如何既能提高定位速度，同時(shí)又能保證定位精度是一項(xiàng)需要認(rèn)真考慮并切實(shí)加以解決的問題。精度是機(jī)床必須保證的一項(xiàng)性能指標(biāo)。位置伺服控制系統(tǒng)的位置精度在很大程度上決定了數(shù)控機(jī)床的加工精度。因此位置精度是一個(gè)極為重要的指標(biāo)。為了保證有足夠的位置精度，一方面是正確選擇系統(tǒng)中開環(huán)放大倍數(shù)的大小，另一方面是對(duì)位置檢測(cè)元件提出精度的要求。因?yàn)樵陂]環(huán)控制系統(tǒng)中，對(duì)于檢測(cè)元件本身的誤差和被檢測(cè)量的偏差是很難區(qū)分出來的，反饋檢測(cè)元件的精度對(duì)系統(tǒng)的精度常常起著決定性的作用。高精度的控制系統(tǒng)必須有高精度的檢測(cè)元件作為保證。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)條件發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)的某些控制參數(shù)必須能作相應(yīng)的修改，為滿足生產(chǎn)的連續(xù)性，要求對(duì)控制系統(tǒng)可變參數(shù)的修改應(yīng)在線進(jìn)行。盡管使用編程器可以方便快速地改變?cè)O(shè)定參數(shù)，但編程器一般不能交現(xiàn)場(chǎng)操作人員使用；所以，應(yīng)考慮開發(fā)其他簡便有效的方法實(shí)現(xiàn)PLC的可變控制參數(shù)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(fā)熱元件的正上方，變頻器與PLC、伺服驅(qū)動(dòng)器等保持一定距離。在元件間留有適當(dāng)?shù)目障叮员闵?，并且在配電箱上安裝風(fēng)扇降溫。此外，為保證控制系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定運(yùn)行，還應(yīng)解決控制系統(tǒng)的安全保護(hù)問題，如系統(tǒng)的行程保護(hù)、故障元件的自動(dòng)檢測(cè)等。

3 機(jī)床定位伺服控制系統(tǒng)分析

3.1 淺談數(shù)控機(jī)床

數(shù)控機(jī)床是一種高效率，高精度的自動(dòng)化現(xiàn)代化設(shè)備，提高數(shù)控機(jī)床的可靠性，安全性已變得非常重要?？煽啃栽u(píng)估主要指標(biāo)之一是可靠性。機(jī)床功能部件對(duì)數(shù)控機(jī)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(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)合作，一般使用，而且它具有最優(yōu)越的性能，而且還可以證明機(jī)床的個(gè)性化功能。用于高速數(shù)控系統(tǒng)不能僅可以提高數(shù)據(jù)處理能力，而且應(yīng)該有加速和減速控制功能，平穩(wěn)控制等先進(jìn)技術(shù)。因此，我們必須選擇一個(gè)穩(wěn)定，可靠的控制單元，以確保正常和有效的機(jī)床運(yùn)行。

3.2 單步功能

單步動(dòng)作為一種輔助工作方式常常在工作臺(tái)的調(diào)整中使用。機(jī)床的機(jī)械允許界限和實(shí)際加工要求的選擇決定于伺服系統(tǒng)最高速度，速度提高生產(chǎn)率也提高，但對(duì)驅(qū)動(dòng)設(shè)施要求也就提高了。此外，從系統(tǒng)控制的角度來看，也有測(cè)試和反饋的問題，特別是在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)里，我們必須考慮有足夠的時(shí)間進(jìn)行軟件處理。在全閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)，部件和位置檢測(cè)元件選擇的反饋是必不可少的。數(shù)控機(jī)床應(yīng)具有穩(wěn)定性，快速性和高精度。在大型數(shù)控機(jī)床中，機(jī)械傳動(dòng)的時(shí)刻擁有較大的慣性，固有低頻率。全閉環(huán)包括了進(jìn)給系統(tǒng)軸的不穩(wěn)定因素，當(dāng)不正確的調(diào)整，會(huì)使機(jī)器很容易出現(xiàn)抖動(dòng)現(xiàn)象。因此，全閉環(huán)數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的速度比在穩(wěn)定的情況下半閉環(huán)伺服系統(tǒng)，定位精度高。伺服電機(jī)編碼器將檢測(cè)信號(hào)反饋到伺服驅(qū)動(dòng)器，伺服電機(jī)的速度和輸入脈沖頻率信號(hào)成正比，但是電機(jī)編碼器則是由脈沖數(shù)決定

4 相關(guān)程序設(shè)計(jì)與操作

PLC通過編程器輸入程序，達(dá)到控制目的。由于PLC的工作過程是循環(huán)性的，因此會(huì)快速的執(zhí)行程序。另外針對(duì)軟件故障，必須在設(shè)計(jì)上采用直接導(dǎo)入程序，執(zhí)行自動(dòng)停止運(yùn)行，這時(shí)機(jī)器會(huì)停止運(yùn)作程序，有效地減少事故的發(fā)生。

5 小結(jié)

我國目前對(duì)數(shù)控技床的需求日益增加，國內(nèi)市場(chǎng)的需求量很大，所以我國機(jī)床企業(yè)必須奮發(fā)圖強(qiáng)，不斷擴(kuò)大技術(shù)隊(duì)伍和提高人員的技術(shù)素質(zhì)，學(xué)習(xí)和引進(jìn)國外技術(shù)的先進(jìn)科學(xué)技術(shù)，以便早日趕上世界先進(jìn)水平。

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