PLC在機床數控化改造中的應用

摘要：本文在討論PLC，CNC和機床的輔助裝置以及強電線路的關系時，常把數控機床分為“NC側”和“MTR”兩大部分。“NC側”包括cNc系統的硬件和軟件以及與CNC裝置相連接的外圍設備。

關鍵詞：PLC 數控車床 控制

中圖分類號：TG515 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X(2012)01(c)-0095-01

機床順序控制：機床順序控制用可編程邏輯控制器PLC(有稱FMC)實現，PLC最好是獨立型。數控機床的控制由數控裝置和可編程控制器協調配合共同完成，其中可編程控制器主要完成與邏輯運算有關的一些動作，PLC通過輔助控制裝置完成機床相應的開關動作，如刀具的更換、工件的裝夾、冷卻液的開／關、自動潤滑等一些輔助動作。它還接受機床操作面板的指令，一方而直接控制機床的動作，另一方面將一部分信息送往數控裝置用于加工過程的控制。

在工業發達國家的軍、民機械工業，在20世紀70年代末、80年代初已開始大規模應用數控機床，本質是采用信息技術對傳統產業(包括軍、民機械工業)進行技術改造。除在制造過程中采用數控機床、FMC，FMS外，還包括在產品開發中推行CAD，CAE，CAM，虛擬制造以及在生產管理中推行MIS(管理信息系統)、CIMS等等。以及在其生產的產品中增加信息技術，包括人工智能等的含量。由于采用信息技術對國外軍、民機械工業進行深入改造(稱之為信息化)，最終使得他們的產品在國際軍品和民品的市場上競爭力大為增強。而我們在信息技術改造傳統產業方面比發達國家約落后20年，每年都有大量機電產品進口數控機床比傳統機床有突出的優越性，而且這些優越性均來自數控系統所包含的計算機的威力。

①可以加工出傳統機床加工不出來的曲線、曲面等復雜的零件。由于計算機有高超的運算能力，可以瞬時準確地計算出每個坐標軸瞬時應該運動的運動量，因此可以復合成復雜的曲線或曲面。

②可以實現加工的自動化，而且是柔性自動化，從而效率可比傳統機床提高3-7倍。由于計算機有記憶和存儲能力，可以將輸入的程序記住和存儲下來，然后按程序規定的順序自動去執行，從而實現自動化。數控機床只要更換一個程序，就可實現另一工件加工的自動化，從而使單件和小批生產得以自動化，故被稱為實現了“柔性自動化”。

③加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要“修配”。

④可實現多工序的集中，減少零件在機床間的頻繁搬運。

⑤擁有自動報警、自動監控、自動補償等多種自律功能，因而可以實現長時間無人看管加工。

由以上五條派生的好處如：降低了工人的勞動強度，節省了勞動力(一個人可以看管多臺機床)，減少了工裝，縮短了新產品試制周期和生產周期，可對市場需求作出快速反應等等。這些優越性是前人想象不到的，是一個極為重大的突破。此外，機床數控化還是推行FMC(柔性制造單元)、FMS(柔性制造系統)以及CIMS(計算機集成制造系統)等企業信息化改造的基礎。數控技術己經成為制造業自動化的核心技術和基礎技術。

機床順序控制：機床順序控制用可編程邏輯控制器PLC(有稱FMC)實現，PLC最好是獨立型。

可編程控制器PLC是一種數字運算電子系統，專為在工業環境下運用而設計。它采用可編程序的存儲器，用于存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等特定功能的用戶指令，并通過數字式或模擬式的輸入、輸出，控制各種類型的機械或生產過程。

數控機床的控制由數控裝置和可編程控制器協調配合共同完成，其中可編程控制器主要完成與邏輯運算有關的一些動作，PLC通過輔助控制裝置完成機床相應的開關動作，如刀具的更換、工件的裝夾、冷卻液的開／關、自動潤滑等一些輔助動作。它還接受機床操作面板的指令，一方面直接控制機床的動作，另一方面將一部分信息送往數控裝置用于加工過程的控制。

在討論PLC，CNC和機床的輔助裝置以及強電線路的關系時，常把數控機床分為“NC側”和“MTR”兩大部分。“NC側”包括CNC系統的硬件和軟件以及與CNC裝置相連接的外圍設備。“MT側”包括機床機械各部分及其液壓、冷卻、潤滑、排屑等輔助裝置、機床繼電器線路和強電線路等。PLC處于NC和MT之間，對“NC側”和“MT側”的輸入，輸出信號進行處理。CNC裝置和機床輸入／輸出信號的處理包括：

(1)CNC裝置的輸出信號向機床傳遞。CNC裝置的輸出數據經過PLC邏輯處理，通過輸入、輸出接口傳送到機床側。CNC給機床的信息主要是M，s，T等輔助功能代碼。

S功能處理：主軸轉速用S4位代碼直接指定。CNC輸出s4位代碼進入PLC，經過一系列處理，實現對主軸轉速的控制。

T功能處理：數控車床通過PLC管理刀架，包括選刀方式，刀架動作等。

M功能處理：M功能是輔助功能，根據不同的M代碼，可控制主軸的正、反轉和停止，切削液的開、關等動作。PLC向機床側傳遞的信號主要是控制車床的執行元件執行信號，如電磁閥、繼電器、接觸器的動作信號及確保車床各運動部件狀態的信號及故障指示。

(2)車床動作檢測信號向CNC裝置傳遞。從車床側輸入的開關量經過PLC邏輯處理傳送到CNC裝置中。PLC傳送給CNC的信號，主要有車床各坐標基準點信號和M、s，T功能的應答信號等。車床傳送給PLC的信息主要有車床操作面板上各開：關、按鈕等信息，其中包括車床的起動、停止，工作方式選擇，倍率值選擇，主軸的正、反轉和停止，切削液的開、關，各坐標軸的點動、換刀以及行程限位等開關信號。

(3)PLC的形式。所用的PLC是專為實現數控車床順序控制而設計制造的內裝型PLC，從屬于CNC裝置，PLC與CNC之間信號傳送在CNC裝置內部就可完成，而PLc與車床側的信息傳送則要通過輸入／輸出接口來完成。特點：PLC的性能指標(如輸入、輸出點數、程序最大步數、每步執行時間、程序掃描周劃、功能指令數同等)是根據所從屬的CNC系統的規格、性能、適用車床的類型等確定的，其硬件和軟件部分是被作為CNC系統的基本功能或附加功能，與CNC系統一起統一設計制造的。因此系統硬件和軟件整體結構十分緊湊，PLC所具有的功能針對性強，技術指標較合理、實用，較適合用于單臺數控車床。在系統結構上，PLC與CNC共用一個CPU，使用CNC裝置的輸入、輸出電路。擴大了CNC內部直接處理的通信窗口功能，可以使用梯形圖的編輯和傳送等贏級控制功能，且造價便宜，提高了CNC的性能價格比。