PLC應(yīng)用在數(shù)控機(jī)床上的安全設(shè)計(jì)及PLC編程

關(guān)鍵詞: 可編程控制器（PLC） 數(shù)控機(jī)床

 目前,可編程控制器（PLC）廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床等工業(yè)控制中。數(shù)控機(jī)床的控制部分可分為數(shù)字控制和順序控制兩部分,數(shù)字控制部分包括對(duì)各坐標(biāo)軸位置的連續(xù)控制,而順序控制包括對(duì)主軸正/反轉(zhuǎn)和啟動(dòng)/停止、換刀、卡盤夾緊和松開、冷卻、尾架、排屑等輔助動(dòng)作的控制。現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床采用PLC代替繼電器控制來完成邏輯控制,使數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)更緊湊,功能更豐富,響應(yīng)速度和可靠性大大提高!  可編程控制器是一種專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，它采用一種可編程程序的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，通過數(shù)字式、模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過程。組合機(jī)床是針對(duì)特定工件，進(jìn)行特定加工而設(shè)計(jì)的一種高效率自動(dòng)化專用加工設(shè)備，這類設(shè)備大多能多刀同時(shí)工作，并且具有自動(dòng)循環(huán)的功能。組合機(jī)床通常由標(biāo)準(zhǔn)通用部件和加工專用部件組合構(gòu)成，動(dòng)力部件采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)或采用液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，由電氣系統(tǒng)進(jìn)行工作自動(dòng)循環(huán)的控制，是典型的機(jī)電或機(jī)電液一體化的自動(dòng)加工設(shè)備

車床改造前后的對(duì)比

金屬切削加工是改變零件形狀的方法之一，從毛坯到成品，使零件加工成符合生產(chǎn)需要的形狀和尺寸。數(shù)控機(jī)床是以編程控制器（PLC）微處理器為核心的一種新型工業(yè)控制裝置，具有體積小、功能強(qiáng)、編程簡單、可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，將加工信號(hào)傳遞到機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)，通過伺服系統(tǒng)按程序自動(dòng)進(jìn)行加工，檢測(cè)設(shè)置是由傳感器和傳動(dòng)電機(jī)組成，根據(jù)閉鎖系統(tǒng)反饋的信號(hào)來控制、修正運(yùn)動(dòng)部件的偏移量，保證了零件加工的精確度。由于數(shù)控機(jī)床是根據(jù)控制器輸出的信號(hào)自動(dòng)按工藝完成所需的加工工作，減少了由操作人員接在普通機(jī)床加工時(shí)為保證零件按圖標(biāo)定的諸如直徑的上下偏差、長度公差、形位公差、吃刀距、超出距所造成的重復(fù)開停機(jī)、調(diào)整、測(cè)試等一系列浪費(fèi)時(shí)間的工作，并且保證產(chǎn)品質(zhì)量。以普通車床為例，將一根直徑40、長500毫米的坯料加工至直徑=36，精度要求不柱度為0.05毫米的軸。

普通車床車削時(shí)所需的機(jī)動(dòng)時(shí)間T應(yīng)該為：

由  n=1000×v／π×D=1000×100／3.14×40=796轉(zhuǎn)/分

式中：ｖ—車床主軸速度        D—工件坯料直徑

因：  L=l+y+△=500+2+2=504毫米

式中：L—車刀所移動(dòng)的距離     y—吃刀距（毫米）   

      l—工件待加工長度       △—超出距（毫米）

    T=L×h/s×n×t=504×2/0.8×796×2=0.79分鐘

式中：T—機(jī)動(dòng)時(shí)間          h—切削厚度

      s—走刀量            n—工件每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)

      t—切削深度          

除以上能以軸、轉(zhuǎn)速及走刀量等有據(jù)可依能算出的走刀時(shí)間外，其余的如為保證尺寸精度必須小心謹(jǐn)慎地給定進(jìn)給量前的刀尖與工件表面的對(duì)刀，然后以拖板的刻度為參考小心進(jìn)刀，試車一定長度后，停機(jī)檢測(cè)（最多為兩次），確信與圖紙的要求相符后才進(jìn)行車削，其中所需的時(shí)間只能按實(shí)際操作加上人為制定給出該項(xiàng)工作所耗費(fèi)的工時(shí)，設(shè)定此所需的時(shí)間為0.5分鐘時(shí)，則普通車床的實(shí)際用時(shí)T′應(yīng)為：

          T′=T +0.5=0.79+0.5=1.29（分鐘）

改裝（PLC）后的車床，轉(zhuǎn)由編程控制器（PLC）發(fā)出的信號(hào)完成所須的加工工序，由于車床的橫向進(jìn)給實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，程序應(yīng)為：以車刀刀尖為基準(zhǔn)點(diǎn)，控制車刀刀尖按指令給定的以主軸中心軸線為基準(zhǔn)進(jìn)到所需加工的軸的半徑距離時(shí)，橫向進(jìn)給自鎖，依照信號(hào)進(jìn)行縱向切削工作，省去了由人工操作加工中所需的反復(fù)開停車及檢測(cè)用時(shí)，因此，從以上的加工一根簡單的φ40×500（毫米）的軸可以得出：如果改裝后數(shù)控車床的轉(zhuǎn)速、切削用量等和普通車床相同，則數(shù)控機(jī)床所需的實(shí)際用時(shí)為

T″=0.79(分鐘)。

普通車床與改裝（PLC）可編程控制器后的車床的實(shí)際時(shí)間差為：

         T′－T″=1.29－0.79=0.5(分鐘)

由此可見改裝（PLC）控制后車床的機(jī)動(dòng)時(shí)比普通車床的用時(shí)省卻了0.5分鐘，工效將近提高了一倍，對(duì)于批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，不僅節(jié)省了大量的時(shí)間，還提高了控制系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性，為企業(yè)提供了更可靠的自動(dòng)化生產(chǎn)保障，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

3  以CW6140型普通車床為例，把繼電控制改造為PLC控制

3.1  改造分析

1）根據(jù)機(jī)床電氣控制原理圖（圖1）的控制狀態(tài)，選擇合適的PLC機(jī)型；

2）列出PLC輸入、輸出I/O分配表（表1、表2）；

3）畫出PLC控制電路接線圖（圖2）；

4）畫出PLC梯形圖（圖3），并編制程序；

 PLC程序設(shè)計(jì)：

當(dāng)按SB₂時(shí)， X₀₀₀的常開觸點(diǎn)閉合，Y_000、Y₀₀₃和T₀得電，接觸器KM₁的線圈獲得電動(dòng)作，同時(shí)KM₁和 KM₄主觸點(diǎn)閉合時(shí)電機(jī)M₁星形正轉(zhuǎn)降壓啟動(dòng)，當(dāng)T0延時(shí)約3~5S時(shí)，T0延時(shí)常閉觸點(diǎn)斷開使KM₄失電，其星形接法主觸點(diǎn)斷開；T₀延時(shí)常開觸點(diǎn)閉合使KM₃得電，其主觸點(diǎn)閉合，電機(jī)M₁從星形轉(zhuǎn)換為三角形運(yùn)行。同理，按SB₁時(shí)，X₀₀₁的常開觸點(diǎn)閉合, 接觸器KM₂的線圈獲得電動(dòng)作,電機(jī)M₁反轉(zhuǎn)（星形—三角形啟動(dòng)）。根據(jù)以上要求編制PLC控制梯形圖（圖3）及由梯形圖寫出PLC控制指令程序。

3  結(jié)束語

PLC具有很高的可靠性,所以PLC控制系統(tǒng)的大部分故障主要來自于PLC外部元件, 用可編程序控制器(PLC)將普通機(jī)床改造為經(jīng)濟(jì)性數(shù)控機(jī)床,簡單易行,可靠性高,抗干擾能力強(qiáng)。經(jīng)實(shí)踐證明，普通車床數(shù)控化改造后都能取得良好的效果，它尺寸精度非常穩(wěn)定，加工效率大大提高，具有一定的經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性和穩(wěn)定性，對(duì)中小型企業(yè)的技術(shù)改造非常有效。