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在普通车床数控化改造中应用PLC作数控系统的核心

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发表于 2010-10-22 00:36:53 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本文主要介绍PLC在普通-车床数控化改造中的应用,随着PLC技术、功能不断完善,这将是一种发展趋势。 _1 x* ?! q1 g4 }: b3 m# d8 k

     1 车床的PLC数控系统控制原理设计

" c, z" ~; m6 _

  1.1 车床的操作要求

: d6 d) c0 {8 R2 J" {

  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。

6 I: L1 ~$ v/ ]/ p3 j! k

  1.2 PLC数控系统需解决的问题

- A8 [ _; M9 o( h" S. t6 N

  -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:

+ u, S. {+ u/ K/ k; v0 Y

 

4 y6 d1 ~, g$ q4 `) F W- [' O; H

. b. t- F0 s- }5 [- \# V

图1 数控系统原理图

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  1)如何产生驱动伺服机构的信号及X、Z向动作的协调;

' e0 F( @' Q2 S

  2)如何改变进给系统速度;

* O9 j& M: K+ O

  3)车螺纹如何实现内联系传动及螺纹导程的变化。

" X4 l& l# r$ z" K+ T; P1 A: R& \

  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。

! J* \ j* N2 r! l& E% H' V

  2.3 数控系统的控制原理

% m1 B, n( D0 _6 [. ]* N1 u8 Q

  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。[1]

5 F+ y- T0 f }& X

  2 PLC输入、输出(I/O)点数确定

: f0 e( [2 u7 f W z) R4 \

  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。

3 M) ~4 J7 R3 L& X* M

( A: {9 d8 x* p% f& {- i: J

图2 I/O连接图

+ g9 k9 ^( N2 F

  3 驱动程序(梯形图)设计

3 l$ J" i# l' e

  3.1 总程序结构设计

4 c3 A1 E1 ~. t) Z" J3 d

  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。

; t+ U: N9 Z3 f2 x! O, W

/ }; I, C9 n! X3 }" S

图3 总程序框图

: x, i# g7 A; U, q8 W

  3.2 手动程序梯形图设计

+ J% O5 F6 e2 \! X& U; c5 s

  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。

0 P9 @. J5 T% D

& I2 F4 @4 b2 s! t: @

图4 Z向手动程序梯形图

* B$ ~: a) g6 r

  在执行手动程序状态下,按X0,Y1接通,作好起动准备。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。限于篇幅,其它程序梯形图略。[2]

3 ]! n. p, q8 k0 F4 f$ a A

  4 结束语

, u: q A: l/ `- w- _9 \

  数控车床在我国机械制造业中的应用正在迅速发展,但高精度数控机床价格昂贵,而且在实际生产中有大量形状不太复杂、精度要求一般的零件,这就需要精度一般的数控车床加工。
同时,我国现有大量可用的普通车床,对这些车床进行数控化改造是用少的投资来提高生产效率、提高效益的有效途径。以前车床数控化改造用的是Z80、8031芯片作数控系统的核心部件,它的价格较贵且系统较复杂。用PLC作为车床的数控系统,有成本低、系统简单、调整方便等优点,必将会得到广泛应用。

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