數(shù)控機床主軸起停及正反轉控制的PLC程序設計

陳杰

（蕪湖職業(yè)技術學院機械工程學院 安徽蕪湖 241006）

數(shù)控機床主軸起停及正反轉控制的PLC程序設計

陳杰

（蕪湖職業(yè)技術學院機械工程學院 安徽蕪湖 241006）

數(shù)控機床的控制中心由CNC和PLC共同組成，它們分工合作完成了機床上所有功能的控制。主軸運動控制是數(shù)控機床非常重要的一項控制任務。以FANUC 0i Mate-TD系統(tǒng)的數(shù)控機床為例，研究了手動和自動模式下模擬主軸起停及正反轉的PLC控制，為相關工程技術人員提供了有效的控制思路和方法，也為機床維修技術人員提供了相關問題的維修指導。

FANUC；數(shù)控機床；主軸；PLC

數(shù)控機床的控制部分由CNC和PLC組成。實現(xiàn)刀具相對于工件各坐標軸幾何運動規(guī)律的數(shù)字控制由CNC完成；機床輔助功能的順序控制由PLC完成。數(shù)字控制和順序控制二者缺一不可，它們之間可以通過規(guī)定的接口信號進行相互間的信息交互[1]，分工合作實現(xiàn)對數(shù)控機床各項功能的控制，完成加工任務。

主軸運動的控制主要包括主軸起停控制、主軸正反轉控制和主軸轉速高低的控制等。對于數(shù)控車削中心，主軸一般還應具備C軸功能；對于鏜銑加工中心，為了方便機械手換刀，還要求主軸具備準停功能。主軸控制一般由數(shù)控系統(tǒng)中的PLC來完成[2]。

目前，F(xiàn)ANUC系統(tǒng)的數(shù)控機床市場占有率較高。FANUC數(shù)控系統(tǒng)對主軸的控制信號有兩種形式：串行主軸和模擬主軸。FANUC公司生產的主軸電機及其與之配套的驅動器采用串行主軸控制；非FANUC公司生產的主軸電機，可以由變頻器驅動，采用模擬主軸控制[3]。模擬主軸比串行主軸更為經濟，所以對模擬主軸的運動控制進行研究具有重要意義。

本文以FANUC0i Mate-TD系統(tǒng)的數(shù)控機床作為載體，通過編制PLC程序，實現(xiàn)手動和自動模式下模擬主軸的起停及正反轉控制。

一、控制要求

在手動操作模式即JOG方式下，通過數(shù)控機床操作面板上的按鈕“主軸點動”“主軸正轉”“主軸停”“主軸反轉”能夠實現(xiàn)相應的主軸運動。

在自動操作模式即“MEM”“MDI”“DNC”等方式下，通過運行加工程序中的M03（主軸正轉）、M04（主軸反轉）和M05（主軸停）指令實現(xiàn)對主軸的自動控制。

二、控制方式

（一）手動控制。數(shù)控機床上的操作面板通過I/O Link總線與PLC相連[4]。操作面板上的主軸控制按鍵為PLC的輸入信號。PLC會對信號輸入端進行實時掃描，輸入信號經PLC邏輯處理后，向機床側及系統(tǒng)輸出相應的控制信號，驅動機床側的執(zhí)行元件動作，實現(xiàn)對主軸的控制功能；同時，PLC也會向操作面板輸出控制信號，令相應按鍵的指示燈亮。

（二）自動控制。主軸的M輔助功能控制是由加工程序發(fā)出的控制命令，例如，M03、M04、M05等，經PLC處理后輸出去控制主軸電機工作。M指令的執(zhí)行過程如下：CNC讀到加工程序中的M指令時，就輸出相應的M指令信息。FANUC 0i-D系統(tǒng)M代碼輸出地址為F10～F13[5]。通過系統(tǒng)讀取M代碼的延時時間后，CNC輸出M代碼選通信號F7.0。PLC接收到M代碼選通信號后，執(zhí)行譯碼。譯碼結束后，運行順序程序，執(zhí)行相應的M代碼功能。M功能執(zhí)行結束后，PLC向CNC發(fā)送輔助功能結束信號G4.3。CNC收到G4.3信號后，經過輔助功能結束延長時間，切斷系統(tǒng)的M代碼選通信號F7.0。M代碼選通信號斷開后，切斷輔助功能結束信號G4.3，然后系統(tǒng)切斷M代碼輸出信息信號。至此，該條M指令執(zhí)行完畢。

三、PLC程序設計

（一）M代碼譯碼程序。加工程序中的輔助功能代碼必須經過PLC譯碼后才能進行邏輯運算，從而實現(xiàn)相應的控制功能。M03、M04、M05的譯碼程序，如圖1所示。功能指令DCNV將CNC傳送過來的M代碼轉換成BCD代碼的形式，再通過譯碼指令DEC令某中間繼電器為1，每個中間繼電器對應一個M代碼。這里的R200.3、R200.4、R200.5分別對應的是M03、M04、M05。

圖1M代碼PLC譯碼程序

（二）主軸起停及正反轉控制程序。手動和自動模式下主軸起停及正反轉控制的PLC程序，如圖2所示。系統(tǒng)處于JOG模式時，F(xiàn)3.2置1，按下操作面板上的主軸點動按鍵（X11.3）或主軸正轉按鍵（X11.5），會使得主軸電機正轉輸出信號Y3.6以及主軸正轉按鍵上的信號燈輸出信號Y7.2置1，則電機正轉且正轉按鍵上的信號燈亮。按下主軸停止按鍵(X11.2)，會使得輸出信號置0，則主軸電機停并且信號燈滅。同理，按下主軸反轉按鍵（X11.6），會使主軸電機反轉輸出信號Y3.5以及主軸反轉按鍵上的信號燈輸出信號Y7.4置1，則電機反轉且反轉按鍵上的信號燈亮。

圖2 主軸起停及正反轉plc控制程序

自動控制模式下，通過圖1所示譯碼程序輸出的中間繼電器結果來控制主軸電機執(zhí)行相應的運動。M指令執(zhí)行情況為：執(zhí)行M03時中間繼電器R200.3置1，從而使得Y3.6置1，電機正轉；執(zhí)行M04時中間繼電器R200.4置1，從而使得Y3.5置1，電機反轉；執(zhí)行M05時，R200.5的常閉觸點會將主軸電機正轉或反轉輸出信號斷開，從而實現(xiàn)停機。

四、結論

該PLC程序通過在FANUC0i Mate-TD系統(tǒng)的數(shù)控機床上調試驗證，完全能夠實現(xiàn)相應的功能。本文為FANUC系統(tǒng)的數(shù)控機床模擬主軸基本運動的控制提供了有效的思路和方法，也為機床維修技術人員提供了相關問題的維修指導。在機床維修的過程中，監(jiān)控PLC程序的執(zhí)行情況以及信號地址的實時狀態(tài)，對主軸及其它輔助功能的故障診斷和處理能夠起到指導性作用。

[1]張洪濤．基于FANUC系統(tǒng)的數(shù)控車床PMC程序設計［J］．電氣自動化，2015（6）．

[2]周蘭．FANUC 0i-D/0i Mate-D數(shù)控系統(tǒng)連接調試與PMC編程[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2012．

[3]黃文廣．FANUC數(shù)控系統(tǒng)連接與調試[M]．北京：高等教育出版社，2011．

[4]張志軍．FANUC數(shù)控機床操作面板PMC程序設計[J]．自動化與儀器儀表，2015（7）．

[5]劉江．FANUC數(shù)控系統(tǒng)PMC編程[M]．北京：高等教育出版社，2011．

[責任編輯 鄭麗娟]

TH13

A

2095-0438（2017）03-0153-02

2016-11-05

陳杰(1980－)，女，重慶人，蕪湖職業(yè)技術學院機械工程學院講師，碩士，研究方向：機床電氣控制。

安徽省省級特色專業(yè)建設專項基金（2015tszy047）；蕪湖職業(yè)技術學院教學研究項目（WZ[2013]jy01）。