PLC應用在數控機床上的安全設計及PLC編程

關鍵詞: 可編程控制器（PLC） 數控機床

 目前,可編程控制器（PLC）廣泛應用于數控機床等工業控制中。數控機床的控制部分可分為數字控制和順序控制兩部分,數字控制部分包括對各坐標軸位置的連續控制,而順序控制包括對主軸正/反轉和啟動/停止、換刀、卡盤夾緊和松開、冷卻、尾架、排屑等輔助動作的控制。現代數控機床采用PLC代替繼電器控制來完成邏輯控制,使數控機床結構更緊湊,功能更豐富,響應速度和可靠性大大提高!  可編程控制器是一種專為在工業環境下應用而設計的數字運算操作的電子系統，它采用一種可編程程序的存儲器，在其內部存儲執行邏輯算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，通過數字式、模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機械設備和生產過程。組合機床是針對特定工件，進行特定加工而設計的一種高效率自動化專用加工設備，這類設備大多能多刀同時工作，并且具有自動循環的功能。組合機床通常由標準通用部件和加工專用部件組合構成，動力部件采用電動機驅動或采用液壓系統驅動，由電氣系統進行工作自動循環的控制，是典型的機電或機電液一體化的自動加工設備

車床改造前后的對比

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需要的形狀和尺寸。數控機床是以編程控制器（PLC）微處理器為核心的一種新型工業控制裝置，具有體積小、功能強、編程簡單、可靠性強等優點，將加工信號傳遞到機床的數控系統，通過伺服系統按程序自動進行加工，檢測設置是由傳感器和傳動電機組成，根據閉鎖系統反饋的信號來控制、修正運動部件的偏移量，保證了零件加工的精確度。由于數控機床是根據控制器輸出的信號自動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床加工時為保證零件按圖標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開停機、調整、測試等一系列浪費時間的工作，并且保證產品質量。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。

普通車床車削時所需的機動時間T應該為：

由  n=1000×v／π×D=1000×100／3.14×40=796轉/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—機動時間          h—切削厚度

      s—走刀量            n—工件每分鐘轉數

      t—切削深度          

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

          T′=T +0.5=0.79+0.5=1.29（分鐘）

改裝（PLC）后的車床，轉由編程控制器（PLC）發出的信號完成所須的加工工序，由于車床的橫向進給實現了自動化，程序應為：以車刀刀尖為基準點，控制車刀刀尖按指令給定的以主軸中心軸線為基準進到所需加工的軸的半徑距離時，橫向進給自鎖，依照信號進行縱向切削工作，省去了由人工操作加工中所需的反復開停車及檢測用時，因此，從以上的加工一根簡單的φ40×500（毫米）的軸可以得出：如果改裝后數控車床的轉速、切削用量等和普通車床相同，則數控機床所需的實際用時為

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際時間差為：

         T′－T″=1.29－0.79=0.5(分鐘)

由此可見改裝（PLC）控制后車床的機動時比普通車床的用時省卻了0.5分鐘，工效將近提高了一倍，對于批量生產的產品，不僅節省了大量的時間，還提高了控制系統的可靠性和準確性，為企業提供了更可靠的自動化生產保障，提高了經濟效益。

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）根據機床電氣控制原理圖（圖1）的控制狀態，選擇合適的PLC機型；

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程序設計：

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

3  結束語

PLC具有很高的可靠性,所以PLC控制系統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)將普通機床改造為經濟性數控機床,簡單易行,可靠性高,抗干擾能力強。經實踐證明，普通車床數控化改造后都能取得良好的效果，它尺寸精度非常穩定，加工效率大大提高，具有一定的經濟性、實用性和穩定性，對中小型企業的技術改造非常有效。