PLC在車床數控化改造中的應用

摘要：本文介紹了可編程控制器（PLC）應用于車床數控系統的控制原理;系統設計方法;輸入、輸出點數確定;程序設計及手動操作梯形圖設計。

關鍵詞：數控系統; PLC; 梯形圖; 車床

1 引言

　　PLC在機械制造的設備控制中應用非常廣泛，但在普通車床數控化改造中，用PLC作數控系統的核心部件還是一個新的課題。隨著PLC技術、功能不斷完善，這將是一種發展趨勢。本文對此加以討論。

2 車床的PLC數控系統控制原理設計

　　2.1 車床的操作要求

　　車床一般加工回轉表面、螺紋等。 要求其動作一般是X、Z向快進、工進、快退。加工過程中能進行自動、手動、車外圓與車螺紋等轉換;并且能進行單步操作。

　　2.2 PLC數控系統需解決的問題

　　車床的操作過程比較復雜，而PLC一般只適用于動作的順序控制。要將PLC用于控制車床動作，必須解決三個問題：

　　1）如何產生驅動伺服機構的信號及X、Z向動作的協調;

　　2）如何改變進給系統速度;

　　3）車螺紋如何實現內聯系傳動及螺紋導程的變化。

　　將PLC及其控制模塊和相應的執行元件組合，這些問題是可以解決的。

　　2.3 數控系統的控制原理

　　普通車床數控化改造工作就是將刀架、X、Z向進給改為數控控制。根據改造特點，伺服元件采用步進電機，實行開環控制系統就能滿足要求。Z向脈沖當量取0.01mm，X向脈沖當量取0.005mm。選用晶體管輸出型的PLC。驅動步進電機脈沖信號由編程產生，通過程序產生不同頻率脈沖實現變速。X、Z向動作可通過輸入手動操作或程序自動控制。車螺紋的脈沖信號由主軸脈沖發生器產生，通過與門電路接入PLC輸入端，經PLC程序變頻得到所需導程的脈沖。刀架轉位、車刀進、退可由手動或自動程序控制。圖1為數控系統原理圖。[1]

3 PLC輸入、輸出（I/O）點數確定

　　所設計的車床操作為：起點總停、Z、X向快進、工進、快退;刀架正、反轉;手動、自動、單步、車螺紋轉換。因此，輸入需14點。根據圖1得輸出需9點。I/O連接圖如圖2所示（以三菱F1S-30MT）為例。

4 驅動程序（梯形圖）設計

　　4.1 總程序結構設計

　　手動、自動、單步、車螺紋程序的選擇采用跳轉指令實現。圖3是總程序結構框圖。若合上X12（X13、X14、X15斷開），其常閉斷開，執行手動程序;若X12斷開，X13全上，程序跳過手動程序，指針到P0處，執行自動程序。

　　4.2 手動程序梯形圖設計

　　手動程序、自動程序需根據具體零件設計，這里僅以Z向快進、工進、快退的動作為例加以說明。其梯形圖如圖4所示。

　　在執行手動程序狀態下，按X0，Y1接通，作好起動準備。按X2，輔助繼電器M0接通。通過T63計時及Y2觸點組合，產生頻率為103/2i的脈沖信號（i為計時時間，根據需要設定，單位為ms），驅動Z向快進。當按下X3時（M0斷開），M1接通，M1與定時器T32組合使Y2產生頻率為103/2j的脈沖（j>i），由Y2輸出，實現工進。按下X4時，M0、Y3同時接通，電機快速反轉，實現快退。限于篇幅，其它程序梯形圖略。[2]

5 結束語

　　數控車床在我國機械制造業中的應用正在迅速發展，但高精度數控機床價格昂貴，而且在實際生產中有大量形狀不太復雜、精度要求一般的零件，這就需要精度一般的數控車床加工。同時，我國現有大量可用的普通車床，對這些車床進行數控化改造是用少的投資來提高生產效率、提高效益的有效途徑。以前車床數控化改造用的是Z80、8031芯片作數控系統的核心部件，它的價格較貴且系統較復雜。用PLC作為車床的數控系統，有成本低、系統簡單、調整方便等優點，必將會得到廣泛應用。

參考文獻

　　[1] 廖常初.PLC基礎及應用.北京:機械工業出版社,2003

　　[2] 熊幸明,王新輝.基于PLC的二工位組合機床控制系統設計.組合機床與自動化加工技術,2004