PLC在车床数控化改造中的应用

　　1 引言

　　PLC在机械制造的设备控制中应用非常广泛，但在普通车床数控化改造中，用PLC作数控系统的核心部件还是一个新的课题。随着PLC技术、功能不断完善，这将是一种发展趋势。本文对此加以讨论。

　　2 车床的PLC数控系统控制原理设计

　　2.1 车床的操作要求

　　车床一般加工回转表面、螺纹等。 要求其动作一般是X、Z向快进、工进、快退。加工过程中能进行自动、手动、车外圆与车螺纹等转换;并且能进行单步操作。

　　2.2 PLC数控系统需解决的问题

　　车床的操作过程比较复杂，而PLC一般只适用于动作的顺序控制。要将PLC用于控制车床动作，必须解决三个问题：

　　图1 数控系统原理图

　　1)如何产生驱动伺服机构的信号及X、Z向动作的协调;

　　2)如何改变进给系统速度;

　　3)车螺纹如何实现内联系传动及螺纹导程的变化。

　　将PLC及其控制模块和相应的执行元件组合，这些问题是可以解决的。

　　2.3 数控系统的控制原理

　　普通车床数控化改造工作就是将刀架、X、Z向进给改为数控控制。根据改造特点，伺服元件采用步进电机，实行开环控制系统就能满足要求。Z向脉冲当量取0.01mm，X向脉冲当量取0.005mm。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向动作可通过输入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

　　所设计的车床操作为：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。因此，输入需14点。根据图1得输出需9点。I/O连接图如图2所示(以三菱F1S-30MT)为例。

　　图2 I/O连接图

　　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。若合上X12(X13、X14、X15断开)，其常闭断开，执行手动程序;若X12断开，X13全上，程序跳过手动程序，指针到P0处，执行自动程序。

　　图3 总程序框图

　　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、快退的动作为例加以说明。其梯形图如图4所示。

　　图4 Z向手动程序梯形图