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可编程序操控器在机床数控体系中运用讨论

1 导言

近年来,PLC在工业主动操控范畴运用愈来愈广,它在操控功用、组机周期和硬件本钱等方面所表现出的归纳优势是其它工控产品难以比较的。跟着PLC技能的开展, 它在方位操控、进程操控、数据处理等方面的运用也越来越多。在机床的实践规划和出产进程中,为了进步数控机床加工的精度,对其定位操控设备的挑选就显得尤为重要。永宏FBs系列PLCNC定位功用较其它PLC更精准,且程序的规划和调试恰当便利。本文提出的是怎么运用永宏PLCNC定位操控完结机床数控体系操控功用的办法来满意操控要求,在实践作业中是实在可行的。整机操控体系具有程序规划思路清晰、硬件电路简略有用、牢靠性高、抗搅扰才干强,具有杰出的功用价格比等明显长处,其软硬件的规划思路可供工矿企业的相关数控机床规划改造学习。

2 数控机床组成结构及作业进程

本例数控机床由输入、输出设备、数控设备、可编程操控器、伺服体系、检测反响设备和机床主机等组成,如图1所示。

 

1 数控机床组成组织图

输入设备可将不同加工信息传递于核算机。在数控机床发生的初期,输入设备为穿孔纸带,现已趋于筛选;现在,运用键盘、磁盘等,大大便利了信息输入作业。输出指输出内部作业参数(含机床正常、抱负作业状况下的原始参数,毛病诊断参数等),一般在机床刚作业状况需输出这些参数作记载保存,待作业一段时刻后,再将输出与原始材料作比较、对照,可协助判别机床作业是否坚持正常。数控设备是数控机床的中心与主导,完结一切加工数据的处理、核算作业,终究完结数控机床各功用的指挥作业。它包含微核算机的电路,各种接口电路、CRT显现器等硬件及相应的软件。可编程操控器对主轴单元完结操控,将程序中的转速指令进行处理而操控主轴转速;办理刀库,进行主动刀具沟通、选刀办法、刀具累计运用次数、刀具剩下寿数及刀具刃磨次数等办理;操控主轴正反转和中止、准停、切削液开关、卡盘夹紧松开、机械手取送刀等动作;还对机床外部开关(行程开关、压力开关、温控开关等)进行操控;对输出信号(刀库、机械手、反转作业台等)进行操控。检测反响设备由检测元件和相应的电路组成,首要是检测速度和位移,并将信息反响于数控设备,完结闭环操控以确保数控机床加工精度。数控机床的作业进程如图2所示。

2 数控机床的作业进程框图

数控加工的预备进程较杂乱,内容多,含对零件的结构知道、工艺剖析、工艺方案的制定、加工程序编制、选用工装及运用办法等。机床的调整首要包含刀具命名、调入刀库、工件设备、对刀、丈量刀位、机床各部位状况等多项作业内容。程序调试首要是对程序自身的逻辑问题及其规划合理性进行检查和调整。试切加工则是对零件加工规划方案进行动态下的调查,而整个进程均需在前一步完结后的成果点评后再作后一步作业。试切成功后方可对零件进行正式加工,并对加工后的零件进行成果检测。前三步作业均为待机时刻,为进步作业功率,期望待机时刻越短越好,越有利于机床合理运用。该项目标直接影响对机床运用率的点评(即机床实动率)

3 机床数控体系需求处理的几个问题

机床是由机械和电气两部分组成,在规划总体方案时应从机电两方面来考虑机床各种功用的实施方案,数控机床的机械要求和数控体系的功用都很杂乱,所以更应机电沟通,取长补短。机床操控体系选件、设备、程序编制及操作都应该比较合理,精度和安稳性都有必要满意运用要求。一起为便于调试和检修,各项操作均设手动功用,如手动各轴快慢移动、主轴高低速旋转、切削液及光滑开关等。PLC依照逻辑条件进行次序动作或依照时序动作,别的还有与次序、时序无关的依照逻辑关系进行联锁保护动作的操控,PLC开展成了替代继电器线路和进行次序操控的首要产品,在机床的电气操控中运用也比较遍及。

在实践操控中怎么既能进步定位速度,一起又能确保定位精度是一项需求仔细考虑并实在加以处理的问题。精度是机床有必要确保的一项功用目标。方位伺服操控体系的方位精度在很大程度上决议了数控机床的加工精度。因此方位精度是一个极为重要的目标。为了确保有满意的方位精度,一方面是正确挑选体系中开环扩大倍数的巨细,另一方面是对方位检测元件提出精度的要求。因为在闭环操控体系中,关于检测元件自身的差错和被检丈量的差错是很难区别出来的,反响检测元件的精度对体系的精度常常起着决议性的作用。高精度的操控体系有必要有高精度的检测元件作为确保。当现场条件发生变化时,体系的某些操控参数有必要能作相应的修正,为满意出产的连续性,要求对操控体系可变参数的修正应在线进行。虽然运用编程器能够便利快速地改动原设定参数,但编程器一般不能交现场操作人员运用;所以,应考虑开发其他简洁有用的办法完结PLC的可变操控参数的在线修正。别的为了防止电压过高损坏PLC,电源输入端加上压敏电阻。为了防止过热, PLC不许设备在变压器等发热元件的正上方,变频器与PLC、伺服驱动器等坚持必定间隔。在元件间留有恰当的空地,以便散热,而且在配电箱上设备电扇降温。此外,为确保操控体系的安全与安稳作业,还应处理操控体系的安全保护问题,如体系的行程保护、毛病元件的主动检测等。

4 永宏FBs系列PLCNC机床定位伺服操控体系剖析

数控机床是一种高精度、高功率的主动化设备,进步数控机床的牢靠性就显得尤为重要。牢靠度是点评牢靠性的首要定量目标之一,其界说为:产品在规则条件下和规则时刻内,完结规则功用的概率。对数控机床来说,这儿的功用首要指数控机床的运用功用,例如数控机床的各种机能,伺服功用等。数控机床的功用部件对机床的功用扩展和功用的进步起着极为重要的作用,因此,它不同于一相配套件和附件的选用,不只须与数控机床的全体结构和谐和谐,融入整机体系具有最佳的匹配功用,而且还能很好地彰显出该数控机床的个性化特征。用于高速化的数控体系不能仅是进步数据处理才干,而是应具有热差错补偿单元以及能完结速度前瞻操控、方位环前馈操控和加减速平稳操控等先进操控技能的功用。所以有必要挑选安稳牢靠的操控单元才干确保数控机床正常高效作业。

鉴于以上各项要求,笔者选用台湾永宏电机股份有限公司的FBs-44MN PLC作为该机床操控主单元,该型机具有较高的性价比,体积小,运用起来十分便利,接线简捷。其编程软件WinProladder有梯形图大师之称,易学易用且功用强大,修正、监督、除错等操作十分随手,按键、鼠标并用及在线即时指令功用查询与操作指引,使修正、输入功率倍增。一起配以人机界面进行程序参数修正、设定以及作业状况显现监控,可编程设置人机界面的内容。该操控体系具有牢靠性高,价格便宜,结构紧凑等特色,十分适宜机床的操控要求,详细操控思路如图3所示。

3 选用永宏PLC FBs-44MN NC 机床定位电气操控体系图

可编程逻辑操控器是该机床各项功用的逻辑操控中心,集成于数控体系中,首要是指操控软件的集成化,而PLC硬件则在规划较大的体系中往往采纳分布式结构。由图3能够看出,体系操控中心选用永宏PLC FBs-44MN操控,并配以人机界面进行程序参数修正、设定,以及作业状况显现监控,可编程设置人机界面的内容。三轴均为全数字沟通伺服体系,各轴伺服电机通过连轴器带动滚珠丝杠,以移动配有直线导轨的作业台和主轴铣头,其定位准确,速度快。主轴铣头由变频器操控,依据刀具及工件和进给量,来设置主轴合理的转速,并在程序中设定它的发动中止。各轴均设二端极限传感器和原点传感器,冷却和光滑也都有反常检测,在报警灯和人机界面处显现报警信息由光栅、感应同步器等方位检测设备测得的实践方位反响信号,随时与给定值进行比较,将两者的差值扩大和改换,驱动履行组织,以给定的速度向着消除差错的方向运动,直到给定方位与反响的实践方位的差值等于零中止。闭环进给体系在结构上比开环进给体系杂乱,本钱也高,对环境室温要求严。规划和调试都比开环体系难。可是能够取得比开环进给体系更高的精度,更快的速度,驱动功率更大的特性目标。前期运用一般电机作为定位操控,因为速度不快、或许精度要求不高,所以满意应对所需场合;当机械作业为了获取功率而将速度加速时,当产品质量、精度要求越来越高时,电机中止方位的操控就不是一般电机所能到达的了。处理这一问题的最佳办法是选用NC定位操控合作步进或伺服电机作定位操控。但在曩昔,因为它的价格很高,而约束了它运用的遍及性,近年来因为技能的开展及本钱的下降,其价位已被用户所承受,运用数量也越来越多。为合作这一趋势,永宏PLC FBs系列将现在市面上专用的NC定位操控器功用整合在PLC内部SoC芯片内,除了免掉PLC与专用NC 定位操控器之间杂乱的数据沟通与连接程序外,更大幅下降全体本钱,为用户供给一种价廉物美、简略便利的PLC整合NC定位操控的方案。永宏PLC FBs-44MN内部的SoC芯片含有多轴高速脉冲输出以及高速硬件计数器,而且供给简易运用和规划的定位程序修正,关于这方面的运用,更是如虎添翼、如虎添翼、称心如意了。PLC结合伺服驱动器所构成的NC闭环回路操控体系中,PLC担任发送高速脉冲指令给伺服驱动器,除了装在伺服电机的位移检测信号直接反响到伺服驱动器外,外加位移检测器装在传动组织之后,真实反映实践位移量,并将此信号反响到PLC 内部的高速硬件计数器,这样就可作更准确的操控,而且可防止上述半闭环回路的缺陷。永宏PLC FBs系列的定位功用将市面上专用NC定位操控器整合在PLC内,使PLCNC操控器能同享相同的数据区,而不需求作两个体系之间的数据沟通与同步操控等杂乱的作业,但仍可用一般常用的NC 定位操控指令(例如DRVSPD…)PLC操控4轴的定位作业,并可作多轴同动操控,除了供给点对点的定位速度操控,还供给了各轴间直线插补功用。当体系运用超越4轴时还可运用永宏PLCCPU LINK功用到达更多的定位运动操控。数控机床对方位体系要求的伺服功用包含:定位速度和概括切削进给速度;定位精度和概括切削精度;精加工的外表粗糙度;在外界搅扰下的安稳性。这些要求首要取决于伺服体系的静态、动态特性。对闭环体系来说,总期望体系有较高的动态精度,即当体系有一个较小的方位差错时,机床移动部件会敏捷反响。在数控机床的加工中,伺服体系为了一起满意高速快移和单步点动,要求进给驱动具有满意宽的调速规模。

单步点动作为一种辅佐作业办法常常在作业台的调整中运用。伺服体系最高速度的挑选要考虑到机床的机械答应边界和实践加工要求,高速度当然能进步出产率,但对驱动要求也就更高。此外,从体系操控视点看也有一个检测与反响的问题,尤其是在核算机操控体系中,有必要考虑软件处理的时刻是否满意。全闭环伺服体系是将方位检测元件置于被测坐标轴的终端移动部件上,以检测机械传动链中螺距差错、空隙及各种搅扰所形成的传动差错,并进行反响补偿操控,然后进步机床的方位操控精度。在全闭环伺服操控体系中,对方位检测元件和反响元件的挑选很要害。感应同步器具有精度高、重复性好、抗搅扰才干强,耐油耐污及保护简略等长处,特别适宜于高精度全闭环数控机床的作业场合。数控机床要求具有安稳性、快速性和准确性,而大型数控机床的机械传动设备转动惯量较大,固有频率低,要使其大大高于体系截止频率很困难,全闭环包含了该进给体系轴简直一切不安稳的非线性要素,调整不妥很简单使机床发生颤动现象。

因此数控机床全闭环伺服体系在确保快速性的基础上首要是处理机床进给运动的安稳性而取得比半闭环伺服体系高的方位精度。伺服电机的编码器将位移检测信号反响到伺服驱动器,驱动器将输入信号的脉冲频率和脉冲数与回馈信号的频率和脉冲数,经内部的差错计数器与频率转电压电路处理后,得到脉冲差错值与转速差错值,这样使操控伺服电机完结高速、精细的速度与方位闭环回路处理体系。伺服电机的转速与输入信号的脉冲频率成正比,而电机的移动量则由脉冲数决议。图4PLC操控下的伺服电机作业示意图。

4 数控机床伺服电机作业示意图

5 相关程序规划与操作

PLC
通过编程器输入程序,到达操控意图。因为PLC作业进程是循环,所以程序履行速度很快。别的软件毛病检测规划在选用硬件规划的基础上选用软件检测外部行程开关状况,当行程开关失灵后,通进程序操控中止机床的作业,有用地减少了机床因元件失灵形成的事端。

5是运用编程软件WinProladder修正定位程序参数设定指令图,图6是详细操作加工程序图。

5 定位程序参数设定指令图

6 加工程序图

6 结束语

我国是一个机床出产和运用大国,但数控技能的运用水平还不高,严峻限制着我国制造业水平的进步。国际上的相关开发方案对我国的数控技能的开展提出了严峻的应战,一起也带来了机会。只要挑选适宜的PLC才干使定位到达预期的作用。永宏FBs系列PLCNC定位功用在机床数控体系规划中占有重要的位置,该机床通过长时间作业标明,整个体系规划合理,操控精度高,作业牢靠,进步了出产的主动化水平,减小了操作人员的劳动强度。

因为选用了PLC操控,使电气部分的抗搅扰才干添加,进步了机床的作业牢靠性,因此添加了设备的柔性,进步了设备的运用功率。