三菱Q系列PLC在漸開線齒輪加工過程控制的應用

劉志龍

摘 要：隨著科技發展的日益加快，制造業中的加工設備精度和效率要求也逐漸提高，為適應高精度高效率的節奏，低成本、精度高、加工速度快、系統柔性高的齒輪加工機床的使用就越來越廣泛。文章對加工漸開線齒輪的數控設備系統進行分析，研究PLC在系統中的應用，同時舉例說明三菱品牌Q系列PLC在數控系統中實現部分功能的程序設計。PLC控制系統在漸開線齒輪加工機床中的應用，使機械結構得到簡化，也使操作、維護、修理機床更便利，同時，文章對研究PLC在控制帶有漸開線齒輪的機床中的思路就有示教作用。

關鍵詞：漸開線齒輪；PLC控制；數控；機床；程序

中圖分類號：TG61 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）28-0171-02

Abstract： With the rapid development of science and technology， the precision and efficiency of machining equipment in manufacturing industry are also increasing. In order to adapt to the rhythm of high precision and high efficiency， the gear machine tools with low cost， high precision， high processing speed and high system flexibility are used more and more widely. This paper analyzes the CNC equipment system for manufacturing involute gears， studies the application of PLC in the system， and illustrates the program design of some functions of Mitsubishi brand Q series PLC in CNC system. The application of PLC control system in involute gear machining machine can simplify the mechanical structure， and make the operation， maintenance and repair of the machine more convenient. This paper is useful for the study of PLC in the control of machine tools with involute gears.

Keywords： involute gear； PLC control； numerical control； machine tool； program

1 概述

隨著國家科技的日益進步和生活需求的提高，齒輪在各行各業中得到了越來越廣泛的應用[1-4]，如航空航天領域、加工設備、儀器儀表等，都需要齒輪進行傳動。齒輪用來傳遞兩軸之間的運動和動力。籠統的講，傳動裝置方向和速度的改變都不能離開齒輪。同時，隨著現代化智能化程度的提高，各行業對齒輪質量提高的需求也日益增加。

漸開線齒輪是當前生產中應用最廣泛的齒輪，該齒輪優點明顯，如具有較大的功率范圍、較高的傳動效率、精確的傳動比、更長的使用壽命、可靠的加工效果、相對較高的承載力等，也適合加工批量大、精度高的產品[4]。然而，該齒輪的加工相對較復雜，對設備的要求很相對較高，對設備的控制要求更嚴格，因此，傳統的加工設備是采用數控插齒機來進行加工。

PLC在漸開線齒輪加工機床中的應用，不僅簡化了機床的部分機械結構，也能夠提高設備故障診斷效率和維修成功率，更使得日常操作和維護更方便[5]。本文首先介紹漸開線齒輪加工的特點，同時重點介紹三菱Q系列PLC的應用特點，不僅具有實際應用價值，也能夠為相關行業人員起到一定的示教作用。

2 漸開線齒輪的加工

2.1 加工方法

漸開線齒輪的輪齒當前常用的加工方法有六種，分別為熱軋加工、冷軋加工、澆鑄加工、粉末冶金加工、電脈沖加工和切削加工。然而，前五種方法不能保證既有高精度又有較高的效率以及較低的成本，因此，實際生產中應用較多的使用切削的加工方法[6]。而切削方法又分為多種，如下介紹兩種：

（1）范成法

該方法能夠保證齒形準確和分度均勻，其過程如下：為解決均勻問題，使刀具與尺坯間保持嚙合關系。該方法的加工種類也有很多，如熱軋齒輪、磨齒等，最常用的使插齒、滾齒。

（2）仿形法

該方法相對簡單，普通機床即可使用，然而生產效率和加工精度都很低，所以不適合加工漸開線齒輪。

2.2 加工系統

通常在切削加工過程中，刀具和工件之間按設定好的程序互相做相對運動，刀具高速旋轉和壓力的共同作用下，將毛坯中的材料根據需要進行去除，進而得到想要的形狀。根據漸開線齒輪特點，在加工過程中，最適合的機床是三軸漸開線齒輪加工的專用機床。在加工過程中，插齒刀做X、Y軸兩垂直方向的直線往返運動，滑臺主軸高速旋轉，從而達到三軸聯動。而機床布置可以根據需要制作成不同的方式。

3 Q系列PLC

3.1 PLC特征

Q系列PLC采用模塊化的結構形式，組成與規模靈活[7]。三菱Q25HCPU是三菱Q系列PLC的CPU單元，具體屬性如下表所示：

此外，三菱Q25HCPU有很多優點，如節省空間、節省配線、安裝靈活、強大的網絡功能、高性能模塊、Q-CPU程序效率高、QCPU基本模式都含有閃存ROM、Q00/Q01CPU基本模式具有串行通訊功能。CPU的RS-232接口能與使用MC通訊協議的外部設備進行通訊、具有自動CC-Link啟動功能。

3.2 程序設計

根據專用數控機床的功能要求，使用伺服電機、三相交流異步電動機、潤滑電機等作為機床的驅動元件。加工系統PLC的系統程序包括監控程序和診斷程序等，主要用于管理全機、對機器故障進行自診斷等。下面列舉幾種功能的程序段。

4 結束語

本文根據當前實際生產生活中的現狀，首先描述了漸開線齒輪的自身特點以及加工特征，然后介紹Q系列PLC在該類專用機床中使用的情況。列舉了IO分配、自動運行、控制電機以及自診斷報警的部分梯形圖。PLC在機床中的使用，使機械結構得到簡化，也使操作、維護、修理機床更便利，對初學PLC控制機械加工機床的工作人員也能有一定的示教作用。

參考文獻：

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