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PLC应用在数控机床上的安全设计及PLC编程

关键词: 可编程控制器（PLC） 数控机床

 目前,可编程控制器（PLC）广泛应用于数控机床等工业控制中。数控机床的控制部分可分为数字控制和顺序控制两部分,数字控制部分包括对各坐标轴位置的连续控制,而顺序控制包括对主轴正/反转和启动/停止、换刀、卡盘夹紧和松开、冷却、尾架、排屑等辅助动作的控制。现代数控机床采用PLC代替继电器控制来完成逻辑控制,使数控机床结构更紧凑,功能更丰富,响应速度和可靠性大大提高!  可编程控制器是一种专为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子系统，它采用一种可编程程序的存储器，在其内部存储执行逻辑算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式、模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备和生产过程。组合机床是针对特定工件，进行特定加工而设计的一种高效率自动化专用加工设备，这类设备大多能多刀同时工作，并且具有自动循环的功能。组合机床通常由标准通用部件和加工专用部件组合构成，动力部件采用电动机驱动或采用液压系统驱动，由电气系统进行工作自动循环的控制，是典型的机电或机电液一体化的自动加工设备

车床改造前后的对比

金属切削加工是改变零件形状的方法之一，从毛坯到成品，使零件加工成符合生产需要的形状和尺寸。数控机床是以编程控制器（PLC）微处理器为核心的一种新型工业控制装置，具有体积小、功能强、编程简单、可靠性强等优点，将加工信号传递到机床的数控系统，通过伺服系统按程序自动进行加工，检测设置是由传感器和传动电机组成，根据闭锁系统反馈的信号来控制、修正运动部件的偏移量，保证了零件加工的精确度。由于数控机床是根据控制器输出的信号自动按工艺完成所需的加工工作，减少了由操作人员接在普通机床加工时为保证零件按图标定的诸如直径的上下偏差、长度公差、形位公差、吃刀距、超出距所造成的重复开停机、调整、测试等一系列浪费时间的工作，并且保证产品质量。以普通车床为例，将一根直径40、长500毫米的坯料加工至直径=36，精度要求不柱度为0.05毫米的轴。

普通车床车削时所需的机动时间T应该为：

由  n=1000×v／π×D=1000×100／3.14×40=796转/分

式中：ｖ—车床主轴速度        D—工件坯料直径

因：  L=l+y+△=500+2+2=504毫米

式中：L—车刀所移动的距离     y—吃刀距（毫米）   

      l—工件待加工长度       △—超出距（毫米）

    T=L×h/s×n×t=504×2/0.8×796×2=0.79分钟

式中：T—机动时间          h—切削厚度

      s—走刀量            n—工件每分钟转数

      t—切削深度          

除以上能以轴、转速及走刀量等有据可依能算出的走刀时间外，其余的如为保证尺寸精度必须小心谨慎地给定进给量前的刀尖与工件表面的对刀，然后以拖板的刻度为参考小心进刀，试车一定长度后，停机检测（最多为两次），确信与图纸的要求相符后才进行车削，其中所需的时间只能按实际操作加上人为制定给出该项工作所耗费的工时，设定此所需的时间为0.5分钟时，则普通车床的实际用时T′应为：

          T′=T +0.5=0.79+0.5=1.29（分钟）

改装（PLC）后的车床，转由编程控制器（PLC）发出的信号完成所须的加工工序，由于车床的横向进给实现了自动化，程序应为：以车刀刀尖为基准点，控制车刀刀尖按指令给定的以主轴中心轴线为基准进到所需加工的轴的半径距离时，横向进给自锁，依照信号进行纵向切削工作，省去了由人工操作加工中所需的反复开停车及检测用时，因此，从以上的加工一根简单的φ40×500（毫米）的轴可以得出：如果改装后数控车床的转速、切削用量等和普通车床相同，则数控机床所需的实际用时为

T″=0.79(分钟)。

普通车床与改装（PLC）可编程控制器后的车床的实际时间差为：

         T′－T″=1.29－0.79=0.5(分钟)

由此可见改装（PLC）控制后车床的机动时比普通车床的用时省却了0.5分钟，工效将近提高了一倍，对于批量生产的产品，不仅节省了大量的时间，还提高了控制系统的可靠性和准确性，为企业提供了更可靠的自动化生产保障，提高了经济效益。

3  以CW6140型普通车床为例，把继电控制改造为PLC控制

3.1  改造分析

1）根据机床电气控制原理图（图1）的控制状态，选择合适的PLC机型；

2）列出PLC输入、输出I/O分配表（表1、表2）；

3）画出PLC控制电路接线图（图2）；

4）画出PLC梯形图（图3），并编制程序；

 PLC程序设计：

当按SB₂时， X₀₀₀的常开触点闭合，Y_000、Y₀₀₃和T₀得电，接触器KM₁的线圈获得电动作，同时KM₁和 KM₄主触点闭合时电机M₁星形正转降压启动，当T0延时约3~5S时，T0延时常闭触点断开使KM₄失电，其星形接法主触点断开；T₀延时常开触点闭合使KM₃得电，其主触点闭合，电机M₁从星形转换为三角形运行。同理，按SB₁时，X₀₀₁的常开触点闭合, 接触器KM₂的线圈获得电动作,电机M₁反转（星形—三角形启动）。根据以上要求编制PLC控制梯形图（图3）及由梯形图写出PLC控制指令程序。

3  结束语

PLC具有很高的可靠性,所以PLC控制系统的大部分故障主要来自于PLC外部元件, 用可编程序控制器(PLC)将普通机床改造为经济性数控机床,简单易行,可靠性高,抗干扰能力强。经实践证明，普通车床数控化改造后都能取得良好的效果，它尺寸精度非常稳定，加工效率大大提高，具有一定的经济性、实用性和稳定性，对中小型企业的技术改造非常有效。