基于PLC的车床数控化改造

　　0　引言

　　将普通机床改造成用可编程控制器PLC控制的数控机床,是一个新的课题。随着PLC技术、功能不断完善,利用可编程控制器PLC灵活编程及控制的功能,提高生产效率,保证产品的合格率。

　　1　普通车床的PLC数控系统控制原理的设计

　　1. 1　车床的操作要求

　　车床一般要求加工回转表面、螺纹等。其动作是X、Z向快进、工进、快退。加工过程中能自动、手动、车外圆与车螺纹等转换,并且能进行单步操作。

　　1. 2　PLC数控系统需要解决的问题

　　车床的操作过程比较复杂,而可编程控制器PLC一般只适用于动作的顺序控制,要将PLC用于控制车床的动作,必须解决以下三个问题:

　　a.如何产生驱动伺服机构的信号及X、Z向动作的协调;

　　b.如何改变进给系统的速度;

　　c.车螺纹如何实现内联系传动及螺纹导程。将PLC及其控制模块和相应的执行元件组合起来,即可解决以上问题。

　　2　数控系统的控制原理

　　普通车床的数控化改造就是将刀架、X、Z向进给改为数控系统控制,伺服元件采用步进电机,采用开环控制系统。Z向脉冲当量取0. 01 mm,X向脉冲当量取0.005 mm。选用晶体管输出型的PLC。驱动步进电机脉冲信号由编程产生,通过程序产生不同频率脉冲实现变速。X、Z向动作通过输出手动操作或程序自动控制,车螺纹的脉冲信号由主轴脉冲发生器产生,通过与门电路接入PLC输入端,经PLC程序变频得到所需导程的脉冲。刀架转位、车刀进、退可以由手动或自动程序控制。图1为数控系统原理图。

　　3　PLC输入、输出(I/O)点数确定

　　车床操作为:起点总停、Z、X向快进、工进、快退;刀架正、反转;手动、自动、单步、车螺纹转换。故输入需要14点。根据图1可知输出需9点。I/O连接图如图2所示(以三菱FIS-30MT)为例。

　　4　驱动程序(梯形图)设计

　　4. 1　总程序结构设计

　　手动、自动、单步、车螺纹程序的选择采用跳转指令实现。图3是总程序结构框图。若X12闭合(X13、X14、X15断开),其常闭断开,执行手动程序;若X12断开,X13闭合,程序跳过手动程序,指针到P0处,执行自动程序。

　　4. 2　手动程序梯形图设计

　　手动程序、自动程序需根据具体零件设计,这里仅以Z向快进、工进、快退的动作为例来加以说明,其梯形图如图4。

　　在执行手动程序状态下,按X0,Y1接通,做好起动准备。按X2,辅助继电器M0接通。通过T63计时及Y2触点组合,产生频率为103/2i的脉冲信号(I为计时时间,根据需要设定,单位为ms),驱动Z向快进。当按下X3时(M0断开),M1接通,M1与定时器T32组合使Y2产生频率为103/2j的脉冲(j>i),由Y2输出,实现工进。按下X4时,M0、Y3同时接通,电机快速反转,实现快退。由于篇幅有限,其他梯形图略。