一種基于PLC的數(shù)控機床控制系統(tǒng)的設(shè)計

摘要：為了促進(jìn)機電行業(yè)的迅猛發(fā)展，以數(shù)控機床為切入點尋找突破途徑至關(guān)重要，只有不斷提高數(shù)控機床的精密度才能生產(chǎn)出合格的零件，滿足各行各業(yè)以及國民生活對產(chǎn)品的要求。本文提出了一種基于PLC的數(shù)控機床控制系統(tǒng)設(shè)計方案，利用可編程控制器的作用來契合機床數(shù)控系統(tǒng)功能模塊，深入了解數(shù)控機床系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和裝置組成，完成對PLC和數(shù)控機床系統(tǒng)的硬件設(shè)計、系統(tǒng)初始化、功能模塊運用等多項操作，不斷提高數(shù)控機床的精密度。

關(guān)鍵詞：PLC；數(shù)控機床；控制系統(tǒng)

1、可編程控制器

可編程控制器簡稱PLC，普遍被運用在內(nèi)部程序的存儲工作中，為系統(tǒng)提供了良好的編程條件，用戶可以借助該存儲器進(jìn)行計數(shù)、算數(shù)操作、邏輯運算等活動，而通過輸入定時、順序控制等指令后即可生效，而生產(chǎn)過程中可以依靠PLC進(jìn)行數(shù)字、模擬方式的輸入/輸出控制。PLC數(shù)控機床利用了傳統(tǒng)數(shù)控機床的優(yōu)勢，同時嵌入了先進(jìn)的PLC技術(shù)、通訊技術(shù)、計算機技術(shù)，發(fā)揮自動控制和微電子的作用，使其滿足數(shù)控機床運行和新型工業(yè)生產(chǎn)的雙重要求。

2、數(shù)控機床

數(shù)控機床以機床本體為基礎(chǔ)，通過核心部分?jǐn)?shù)控裝置來發(fā)號和控制驅(qū)動機床，伺服系統(tǒng)發(fā)出指令后驅(qū)動機床會按照標(biāo)準(zhǔn)流程來執(zhí)行，數(shù)控機床依靠三大主體部門來發(fā)揮職能作用，而數(shù)控系統(tǒng)會控制機床內(nèi)部，以數(shù)字輸入的形式來完成信息輸出與輸入工作。

3、數(shù)控機床控制系統(tǒng)

3.1 數(shù)控機床控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

數(shù)控機床控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，通過輸入信息到數(shù)控裝置中，使其作用于PLC、主軸控制單元、速度控制單元以及伺服電機，機床電器邏輯控制裝置，位置檢測反饋裝置會通過數(shù)控裝置將信息輸出，完成整個系統(tǒng)的聯(lián)通工作。

3.2 數(shù)控裝置的組成

微型計算機為數(shù)控裝置提供了穩(wěn)定的基礎(chǔ)和條件，使其能滿足各項數(shù)字控制活動要求，而數(shù)控機床通常簡稱為CNC，它擁有微型計算機機構(gòu)和數(shù)控裝置功能模塊兩大主要部分，為系統(tǒng)運行提供了輸入/輸出裝置、存儲器、接口以及總線、中央處理單元，但是針對單一或復(fù)雜命令的執(zhí)行都要啟動軟件和硬件雙重裝置，在系統(tǒng)程序的指揮下完成，而控制和管理軟件會協(xié)調(diào)和指揮硬件。

4、基于PLC數(shù)控機床控制系統(tǒng)的設(shè)計

我們在數(shù)控機床控制系統(tǒng)中嵌入可編程控制器，以變頻器、電機、光柵尺等裝置為主，保持系統(tǒng)的全封閉循環(huán)空間，通過存儲器編程來加強數(shù)控系統(tǒng)的精度，不斷增加適用對象數(shù)量。數(shù)控機床本身能夠檢測刀位情況，操作換刀、斷刀等活動，還能檢測和連接通信，進(jìn)一步提升了數(shù)控機床的性能和作用，在實現(xiàn)生產(chǎn)自動化的過程中降低成本、提高生產(chǎn)效率，保證數(shù)控機床系統(tǒng)的正常運行。

4.1 硬件結(jié)構(gòu)

針對數(shù)控機床的硬件設(shè)計利用機械部分為基礎(chǔ)，通過硬件電路和上下位軟件來完成整體構(gòu)造，數(shù)控機床控制系統(tǒng)中的硬件電路發(fā)揮著機床驅(qū)動的作用，同時能為各部門傳遞有效的信息，為系統(tǒng)提供最穩(wěn)固的保護。機械手換刀、斷刀檢測都是硬件部分提供的功能之一，氣缸外壁的電磁感應(yīng)系統(tǒng)會控制并顯示機床機械手的位置，而光纖傳感器會隨時檢查刀具的情況。

4.2 系統(tǒng)初始化

系統(tǒng)初始化會提供工作原點復(fù)位和機床原點復(fù)位兩項選擇，如圖2所示為系統(tǒng)坐標(biāo)系示意圖，在工件原點中放置毛坯和芯模，通過工件、工作和機床三大坐標(biāo)來完成系統(tǒng)指令。機床原點的復(fù)位操作通過數(shù)軸的極限開關(guān)來控制，而按下復(fù)位按鈕后機床就會回到初始原點，準(zhǔn)確定位旋壓加工位置。機床坐標(biāo)系為整個機床坐標(biāo)復(fù)位工作提供了有效的參照，保證機床待機加工前后的位置符合生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，減少位置誤差。機床運行過程中零件裝卡無恙以及旋壓制品裝卸正常的基礎(chǔ)上要減少原則和位置距離，使得加工起始位置能滿足設(shè)定原則，機床功能在考慮硬件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上挖掘可編程控制器的作用。

4.3 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計

針對系統(tǒng)功能模塊的設(shè)計要同時滿足硬件和軟件雙重要求，而只有符合系統(tǒng)運行和硬件結(jié)構(gòu)的軟件才能使用于機床中。嵌入下位機軟件的過程中需要滿足許多條件，當(dāng)將其放置到SIMO-TIOND環(huán)境中時，下位機會接收來自各部門的數(shù)據(jù)，將機床運行狀態(tài)和部件執(zhí)行情況監(jiān)測出來。

5、總結(jié)

PLC被廣泛運用于各大生產(chǎn)管理領(lǐng)域，而數(shù)控機床控制系統(tǒng)是機電領(lǐng)域中普遍使用的系統(tǒng)之一，和PLC的性能結(jié)合無疑是提高生產(chǎn)效率、完善機床性能的良好途徑。我們通過硬件結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)初始化等過程來完善系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，加快機電領(lǐng)域自動化發(fā)展腳步，為數(shù)控機床控制系統(tǒng)的性能開發(fā)和使用提供借鑒。