PLC在數控機床電氣控制方面的應用研究

單贊

摘 要：PLC，即所謂的可編程控制器，由CPU，存儲器，I/O模塊等外部設備和電源組成的。PLC適應性強，能夠在環境復雜、惡劣的數控機床中穩定運行。數控機床相對于普通機床優勢在于進行批量生產時具有較高的效率，而數控機床在加工過程中，除了各運動軸按照程序軌跡精密運行以外，還需要各種輔助動作，如切削液開關，氣動液壓家頭夾緊、松開，機床輔助燈的開關，尾座的頂緊或者收回等等，而上述輔助功能均需利用開關變量進行控制，而PLC控制的特點就在于以開關量控制為特長，再加上PLC控制編程簡單，使用方便，鑒于上述原因，PLC在數控機床電氣控制方面應用廣泛。

關鍵詞：數控機床;電氣控制;PLC

一、數控機床電氣控制系統的組成

數控機床的電氣控制系統由工控機、電源模塊、電機模塊、電機、光柵尺以及各種傳感器模塊、分布式模塊等部分組成，其中工控機主要實現對于文件數據的讀取與定位并通過數據總線傳輸到運動控制單元中。PLC實現對于數控機床中的各種信號的檢測和控制等。[2]而如今高精度的數控機床更是通過主控單元，伺服控制單元和電機實現閉環控制，而這種閉環控制離不開各種檢測信息，PLC在處理這些檢測信息，并對異常信號進行報警的功能對高性能數控機床而言是不可或缺的。

二、PLC在數控機床電氣控制系統的應用

（一）面板控制

數控機床為了方便用戶操作，均具備有面板操作界面，用戶可以通過面板操作界面對數控機床進行全面的控制和調試。例如，數控加工程序的編制和調整，手動移動軸的控制，刀架的控制，加工參數的控制等等。具體來說，用戶通過手動方式對機床的運動狀態進行控制，如控制數控機床至“MDI”模式，輸入：T0101，運行后信號輸入至PLC，PLC進行運算后控制刀架運行幾個刀位停止，然后控制相應的電磁繼電器關閉或者打開，與其相連接的刀架電機打開后，運行兩個刀位后，PLC數控電磁繼電器關閉信號，此時刀架電機停轉，從而完成數控車床刀具更換的摸底。

（二）電機控制

電機拖動系統是數控機床最為重要的部分。以數控車床為例，數控機床的運動電機包含主軸電機，X軸伺服電機，Z軸伺服電機，刀架電機等等。這些電機不僅能通過數控機床CNC控制系統坐標點進行運動，還能通過PLC信號對相應電機的開閉，實現對電機電器系統的控制。

（三）與數控機床信息交換

信息流通是否順暢以及信息是否能夠有效的實現共享和交換是影響整個數控機床控制系統運行穩定的關鍵因素。[3]作為數控機床兩個目前及其重要的系統，電氣控制和CNC系統的信息交流就顯得尤為重要。最CNC系統來說，當數控程序加工至特意設置的程序段時，如暫停功能“M00”時，數控系統將該程序段輸入至PLC系統，處理完成后，輸出至相應的電磁繼電器，電磁繼電器斷開，相應的軸伺服電機停轉，從而實現數控加工過程暫停功能。

（四）輔助系統控制

數控機床除了需要個運動軸按照程序的軌跡精確做出運動以外，還需要各個輔助系統的協調運作，這些輔助系統的控制離不開PLC。數控機床的輔助系統包括，切削液系統，機床防護裝置，主軸液壓控制系統，尾座液壓控制系統，自動潤滑系統等等。以數控機床自動潤滑裝置為例，數控機床運行一段時間后，計時裝置將信息傳輸至PLC中，經過處理將信號輸出至特定的電磁繼電器，從而控制相應油泵的工作，從而將潤滑油輸送至機床各個位置，油泵運行一段時間后，計時器將計時信息輸入至PLC，輸出信號最終實現對油泵打開，關系，電磁閥的打開或者關閉。與自動潤滑裝置類似，PLC可以實現數控機床輔助系統的控制。

（五）報警處理控制

數控機床是一個復雜的集成系統，為實現其穩定運行，必須對其狀態進行實時監控，如刀具在數控機床中的運動位置是否超出行程，潤滑裝置油量是否充足，刀具補償是否過切，刀架運動是否正常等等，一旦某些傳感器或者是參數出現異常，信息立即反饋至PLC中，PLC經過運算輸出控制信號，給相應的繼電器等執行裝置，報警燈紅色亮，操作面板顯示器報警，運動軸運動停止等等。上述這一系列的動作都是通過PLC實現的。對于高端機床或者電氣控制系統設計優良的數控機床，其監測點一定是更多的，報警類型自然也更多，但是它能在機床發生意外時以最短的速度進行反饋，保護機床和工件安全。

三、PLC在數控機床領域的探索應用

數控機床經過長時間的發展，一方面精度越來越高，另一方面自動化程度越來越好，然而，無論是何種發展，都離不開PLC的高效利用。本文通過提高數控機床的自動化程度這方面，對PLC在數控機床電器控制系統中的重要應用進行討論。

就數控車床而言，為了提高數控機床的自動化程度，對車床夾持系統進行改造，添加桁架、機械手等外圍輔助系統。針對一個生產節拍，由桁架或者機械手將工件送入夾持系統，夾緊，零件加工，夾持系統松開，機械手或桁架工作松卸工件，開始下一個節拍，如此循環。對于這樣一個自動控制過程，關鍵除了CNC系統的精確運行外，夾持系統的夾緊和松開時機也是十分重要的，這又是如何通過PLC系統實現的呢？首先，數控車床夾持系統選擇液壓自動三爪卡盤或者液壓前推式夾頭，然后用戶自行定制M輔助功能代碼，寫入PLC程序，在NC程序中指定特定的M代碼，數控系統執行到該代碼時，將信號輸入給PLC，PLC對特定的繼電器發出信號，從而控制液壓系統電磁閥的開閉，進而使自動夾持系統夾緊或者松開，以此實現對工件的自動夾緊或者松開功能。

總結：

隨著PLC在數控機床控制系統中越來越廣泛和深入的應用，數控機床的自動化程度越來越高，工人操作對數控機床運行的影響也越來越小，從而提高數控機床的加工精度和加工效率。在數控機床對國家工業影響逐步增加的背景下，應該深挖PLC在數控機床控制系統，特別是電氣控制系統中的應用，從而提高國家數控機床產業的發展水平。

參考文獻

[1]倪濤軼.數控機床PLC控制技術[J].內燃機與配件，2018（17）：245-247.

[2]童群.基于PLC機電一體化技術在數控機床中的應用探討[J].中國設備工程，2018（17）：180-181.

[3]李紀明.PLC在數控機床中的自動化控制應用[J].農家參謀，2018（13）：219.

（作者單位：沈機（上海）智能系統研發設計有限公司）