仿形加工的PLC應用

關鍵詞：PLC 仿形加工

一、加工機械原理與系統功能

　　在脆性材料（如石材）加工中，異型加工應用日漸 廣泛，確定其控制方案時，采用PLC進行設計是一種性價比較高的選擇。圖1為截面仿形柱體加工機械的示意圖。其工作過程分析如下：

圖1 加工機械的示意圖

　　運動過程：礦車帶動工料作Z向往返運動（此時刀具固定）;刀具可作X、Y兩方向運動：X方向分片進給將工料上部去除（當分片距離足夠小時，由于是脆性材料，這些片實際上不存在）;-Y運動為刀具的進刀量;Y向運動時帶動用于仿形的光電對管運動。

　　仿形原理：按所需的形狀用硬質材料剪裁制成模板，形狀曲線朝上，當隨刀具-Y向運動的光電對管往下碰到模板上邊緣時發出信號，刀具-Y向往下不再進給，一分片加工結束可進入下一分片的Y向往下進給加工，如此循環，直至X向分片運動結束。由于刀具位置固定時，礦車帶動工料作Z向往返運動，故可加工出截面仿形的柱狀體。

　　針對上述加工要求，PLC控制系統設計如下功能：

　　（1）設置粗、精加工兩道工序，以實現較好的仿形效果。粗、精加工的轉換有手動和自動兩種方式。

　　（2）X向的分片距離可設置和顯示。

　　（3）Y向往下進給量可設定和顯示。

　　（4）整個系統有手動與自動兩種操作方式選擇，有電機過載和X、Y、Z向限位保護。

　　（5）刀具旋轉速度和Z向礦車速度利用電磁調速。

　　（6）加工一工料后，系統自動停止;另外設有急停和暫停（即從停止工位可起動繼續加工）。

二、PLC的I/O安排

　　為實現上述控制功能，PLC選用三菱FX2N系列，I/O點數為64點。具體安排如下：

　　輸入點：X0：加工系統起動;X1：手動/自動選擇開關;X2：急停;X3：暫停;X4/X5：+/- Z向點動;X6/X7：+/-X向點;X10/X11：+/-Y向點動;X12/X13：+/-Z向到位開關;X14/X15：+/-X向到位開關;X16：+Y到位開關;X17：+/-X、Y、Z六個限位保護開關（由于限位保護時，故障現象直觀，為節省輸入點數將六個常開并聯）;X20：粗/精加工選擇;X21：粗、精加工自動連續（即粗工結束后自動進入精加）;X22～X25：X、Y、Z向電機過載保護;刀具（如鋸片）旋轉電機過載保護;X26：-Y向下降進給量設定確認;X27：X向分片距離設定確認;X30：仿形用光電開關;X31～X34：進給量和分片距離設定值撥碼開關。X35：故障排除或暫停再起動。

　　輸出點：Y0：控制刀具旋轉電機對應的接觸器;Y1～Y2：礦車Z/-Z向運動;Y3～Y4：刀具X/-X運動;Y5～Y6：刀具Y/-Y向運動;Y7：手動指示;Y10：自動指示;Y11：粗加工指示;Y12：精加工指示;Y13：粗、精自動連續指示;Y14：暫停指示;Y15：系統運行指示;Y16：故障報警;Y17：限位故障指示;Y20：刀具旋轉電機過載故障指示;Y21：礦車電機過載指示;Y22：分片電機過載指示;Y23：Y向電機過載指示;Y24～Y27：4位設定值BCD數字選通控制;Y30～Y37：4位數碼管顯示控制。

三、程序設計

　　控制程序主要包括點動調整、粗加工、精加工和設定值處理與顯示程序，采用步進功能指令設計。在這些程序中也包括停止、保護和故障處理的環節。

　　加工開始前，應根據工料的自然尺寸確定Y、±X、±Z的到位開關;點動調整刀具和礦車到初始（原

圖2 仿形原理示意圖

圖3 粗加工程序流程圖

　　位）位置;根據工料材質設定好-Y下降和X分片進刀量;選擇加工方式即粗加工或粗—精連續加工或精加工方式。

　　下面分析主要程序的控制原理。

　　1、粗加工控制程序流程

　　粗加工原理是將工料仿形截面的上部分割成一片片，由于工料是脆性材料，當分片距離足夠小，已分割完的片實際是不存在的。如圖2所示。

　　粗加工的PLC控制流程如圖3所示。

　　2、精加工程序

　　精加工程序X分片距離程序設定為粗加工的1/2，加工過程沒有-Y下降進給，采用一直下降至光電開動作后，再Y上升至光電開關不動作（這也是補償控制原理），然后進行Z或-Z運動，流程略。

　　3、關于再起動問題與初始化

　　為減少加工過程中出現的可避免廢品，除了急停外，對電網停電、故障保護、暫停等引起的加工過程中斷，對每一步進狀態，將自動控制流程所用的狀態器Sn～Sm送入悼電保護的數據寄存器中;此外，對于進刀量，采用積算原理和減計數的方法設計。這樣，用戶可在停機處理后按再起動（X35）繼續加工。

　　在初始化程序化程序中，必須根據不同的開機情況對相關的狀態器和數字寄存器賦初值。

四、結語

　　本文所分析的仿形加工PLC控制方案，已在石材加工得到較好的應用。在實際系統運行一段時間后發現由于絲桿隙動量的問題，-Y向下降到光電開關處往往會出現過沖現象，因而在精加工程序中加入補償方法，能較好地解決這一問題。

　　當然利用計算機集成制造技術或PLC的運動控制中的示教功能也能實現仿形加工[2]，但對簡易仿形和脆性材料加工，本系統具有較高的性價比，值得推廣應用。

參考文獻

　　1、王兆義編著，小型可編程控制器實用技術，機械工業出版社，2000，5

　　2、鄧昌其，PLC在數控仿形加工中心的應用，自動化與儀器儀表，2001，4：P25～27