基于PLC的精密切割數(shù)控車床的實現(xiàn)

1 、前言

　　隨著科學技術的發(fā)展及制造技術的進步，社會對產品多樣化的需求越來越強烈，產品的更新?lián)Q代周期也越來越短，中小批量生產的比重明顯增加，從而對制造設備提出了更高的要求。為滿足市場的需要，要求制造設備具有高效率、高質量、高柔性及低成本的性能，數(shù)控機床作為一種自動化的加工設備而被廣泛采用。同時，隨著現(xiàn)代機械制造業(yè)向更高層次的發(fā)展，數(shù)控機床也必將成為柔性制造單元（FMC）、柔性制造系統(tǒng)（FMS）以及計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）的基礎裝備。計算機數(shù)控系統(tǒng)作為制造形狀復雜、高質量、高精度產品所必備的基礎設備，己成為當今先進制造技術的一個重要組成部分。

　　PLC（Programmable Logic Controller）可編程邏輯控制器是20世紀60年代末期逐步發(fā)展起來的一種以計算機技術為基礎的新型工業(yè)控制裝置。PLC作為計算機技術應用于工業(yè)控制領域的嶄新產品，也是開放式數(shù)控系統(tǒng)中不可缺少的重要組成部分。它在處理開關量的控制問題時起著重要作用。現(xiàn)代先進的數(shù)控機床一般可分為機床床體（MT）、NC和PLC三部分。數(shù)控機床中NC和PLC協(xié)調配合共同完成對數(shù)控機床的控制，其中NC主要完成管理調度及軌跡控制等“數(shù)字控制”工作，PLC主要完成與邏輯有關的一些動作，如刀具的更換、工件的夾緊及冷卻液潤滑液的開停。PLC技術在各種工業(yè)過程控制、生產自動線控制中得到極為廣泛的應用，成為工業(yè)自動化領域中的一項十分重要的應用技術。

　　在數(shù)控機床上有兩類控制信息:一類是控制機床進給運動坐標軸的位置信息，如數(shù)控機床工作臺的前、后、左、右移動;主軸箱的上、下移動和圍繞某一直線軸的旋轉運動位移量等。這些控制是用插補計算出的理論位置與實際反饋位置比較后得到的差值，對伺服進給電機進行控制而實現(xiàn)的。這種控制的核心作用就是保證實現(xiàn)加工零件的輪廓軌跡，除點位加工外，各個軸的運動之間隨時隨刻都必須保持嚴格的比例關系。這類數(shù)字信息是由CNC系統(tǒng)（專用計算機）進行處理的，即“數(shù)字控制”。另一類是數(shù)控機床運行過程中，以CNC系統(tǒng)內部和機床上各行程開關、傳感器、按鈕、繼電器等開關量信號的狀態(tài)為條件，并按照預先規(guī)定的邏輯順序，對諸如主軸的開停、換向，刀具的更換，工件的夾緊、松開，液壓、冷卻、潤滑系系統(tǒng)的運行控制。這一類控制信息主要是開關量信號的順序控制，一般由PLC來完成。

2 、精密切割數(shù)控機床的功能分析

　　精密切割數(shù)控機床是通過數(shù)控系統(tǒng)以數(shù)字方式控制刀具的運動以實現(xiàn)對工件的切削，在編寫數(shù)控車削加工程序時，并不考慮刀具。在加工前，用戶必須將刀具的X軸補償量、Z軸補償量、刀尖圓弧半徑、刀尖形式共四種補償參數(shù)輸入數(shù)控系統(tǒng)，由數(shù)控系統(tǒng)根據程序，進行補償運算。這四種參數(shù)中，刀尖形式按數(shù)控系統(tǒng)的規(guī)定予以確認，刀尖圓弧半徑可由R規(guī)測量，而刀具的X,Z軸補償量的測量則相對困難一些，使用自動對刀儀能很好地解決這個問題，為此，數(shù)控機床及加工中心大多配置了各種不同類型的對刀裝置，如機外對刀儀、機內光學對刀儀、接觸式自動對刀裝置等。由于車削中心對一般的數(shù)控車床刀具夾持標準化程度不高，因此采用機外對刀儀的對刀精度相對較低，而且專用機外對刀儀成本較高，操作復雜，需要專門的操作空間，所以實用性較差。而采用機內接觸式自動對刀裝置無疑是一種簡便、快捷的對刀方法，它能方便地自動測量刀具的固定刀補值，大大減少對刀時間，提高機床的加工效率。所以本文旨在設計一種機內接觸式的數(shù)控車床，實現(xiàn)數(shù)控車削前的精密對刀，提高生產率，降低加工成本。需要解決的問題主要有以下方面:自動對刀儀需有高精度的電子測頭（傳感器），能夠準確在觸發(fā)點觸發(fā)，有較快的反映時間;對刀儀的測頭與刀尖剛性接觸，需加緩沖裝置，對測頭表面保護，壓力需控制在1～10MPa左右，這樣才不會對傳感器的測頭造成損壞，形成凹坑;系統(tǒng)能利用機床本身的位置測量裝置進行測量，通過對不同刀尖觸發(fā)點坐標（X,Z）的記錄，可以方便地得到一組坐標值，分析計算后便可確定各刀刀補值;安裝和固定對刀儀的裝置（聯(lián)接臂）應達到相應精度要求，滿足平行度與垂直度要求，且要有較好的剛度和易操作性。

3 、精密切割數(shù)控機床總體設計

　　對精密切割的功能，主要需保證刀具切割精度，因此要求對數(shù)據機床的主要部件一一傳感器的精度得到保證，傳感器的作用是感知和檢測某一形態(tài)的信息，并將其轉換成另一形態(tài)的信息，將被測量（刀尖位置這個物理量）按照一定的規(guī)律轉換成可用輸出信號（電流、電壓）表示的物理量。 精密切割的數(shù)控機床傳感器由以下幾部分組成：

圖 一：數(shù)控機床傳感器組成

　　在本文中，傳感器的選用應有相當?shù)木�度，完成以下功�?1）、實現(xiàn)對X軸和Z軸兩個方向的傳感，對刀儀要得到X軸和Z軸的坐標值，必須使不同刀具在相同的點觸發(fā)傳感器，進而運用機床數(shù)控系統(tǒng)的功能再結合編程實現(xiàn)該點坐標值的獲取。實際上傳感器要完成的功能是一個開關量，不同的刀具在相同點觸發(fā)即可。2）、由于刀具偏角的不同，傳感器不能做成X軸向和Z軸向相互垂直的兩對傳感器，這樣對Z向坐標的時候，得到的刀尖點可能不是真實的刀尖點坐標。

　　本文采用的是機械式開關傳感器，用機械觸發(fā)的方式得到一個開關量的輸出，當?shù)都馀c傳感器觸發(fā)并行進到預設位置時，電路接通得到觸發(fā)信號。機械式傳感器相對來說精度是差一些，但只要設計合理，也能將誤差控制在合理的范圍內。另一方面，可自行設計以兼顧刀具刀偏角的不同和傳感器的大小及聯(lián)接方式。此種工博士工業(yè)品商城聲明：凡資訊來源注明為其他媒體來源的信息，均為轉載自其他媒體，并不代表本網站贊同其觀點，也不代表本網站對其真實性負責。您若對該文章內容有任何疑問或質疑，請立即與商城(headrickconstructioninc.com)聯(lián)系，本網站將迅速給您回應并做處理。
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