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可編程序控制器在機床數(shù)控系統(tǒng)中應用探討


點。永宏PLC FBs系列的定位功能將市面上專用NC定位控制器整合在PLC內,使PLC與NC控制器能共享相同的數(shù)據(jù)區(qū),而不需要作兩個系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換與同步控制等復雜的工作,但仍可用一般常用的NC 定位控制指令(例如DRV、SPD…等)。PLC控制4軸的定位工作,并可作多軸同動控制,除了提供點對點的定位速度控制,還提供了各軸間直線插補功能。當系統(tǒng)應用超過4軸時還可利用永宏PLC的CPU LINK功能達到更多的定位運動控制。數(shù)控機床對位置系統(tǒng)要求的伺服性能包括:定位速度和輪廓切削進給速度;定位精度和輪廓切削精度;精加工的表面粗糙度;在外界干擾下的穩(wěn)定性。這些要求主要取決于伺服系統(tǒng)的靜態(tài)、動態(tài)特性。對閉環(huán)系統(tǒng)來說,總希望系統(tǒng)有較高的動態(tài)精度,即當系統(tǒng)有一個較小的位置誤差時,機床移動部件會迅速反應。在數(shù)控機床的加工中,伺服系統(tǒng)為了同時滿足高速快移和單步點動,要求進給驅動具有足夠寬的調速范圍。
   單步點動作為一種輔助工作方式常常在工作臺的調整中使用。伺服系統(tǒng)最高速度的選擇要考慮到機床的機械允許界限和實際加工要求,高速度固然能提高生產(chǎn)率,但對驅動要求也就更高。此外,從系統(tǒng)控制角度看也有一個檢測與反饋的問題,尤其是在計算機控制系統(tǒng)中,必須考慮軟件處理的時間是否足夠。全閉環(huán)伺服系統(tǒng)是將位置檢測元件置于被測坐標軸的終端移動部件上,以檢測機械傳動鏈中螺距誤差、間隙及各種干擾所造成的傳動誤差,并進行反饋補償控制,從而提高機床的位置控制精度。在全閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)中,對位置檢測元件和反饋元件的選擇很關鍵。感應同步器具有精度高、重復性好、抗干擾能力強,耐油耐污及維護簡單等優(yōu)點,特別適合于高精度全閉環(huán)數(shù)控機床的工作場合。數(shù)控機床要求具備穩(wěn)定性、快速性和準確性,而大型數(shù)控機床的機械傳動裝置轉動慣量較大,固有頻率低,要使其大大高于系統(tǒng)截止頻率很困難,全閉環(huán)包括了該進給系統(tǒng)軸幾乎所有不穩(wěn)定的非線性因素,調整不當很容易使機床產(chǎn)生抖動現(xiàn)象。
  因此數(shù)控機床全閉環(huán)伺服系統(tǒng)在保證快速性的基礎上主要是解決機床進給運動的穩(wěn)定性而獲得比半閉環(huán)伺服系統(tǒng)高的位置精度。伺服電機的編碼器將位移檢測信號反饋到伺服驅動器,驅動器將輸入信號的脈沖頻率和脈沖數(shù)與回饋信號的頻率和脈沖數(shù),經(jīng)內部的偏差計數(shù)器與頻率轉電壓電路處理后,得到脈沖偏差值與轉速誤差值,這樣使控制伺服電機實現(xiàn)高速、精密的速度與位置閉環(huán)回路處理系統(tǒng)。伺服電機的轉速與輸入信號的脈沖頻率成正比,而電機的移動量則由脈沖數(shù)決定。圖4是PLC控制下的伺服電機工作示意圖。
  

可編程序控制器在機床數(shù)控系統(tǒng)中應用探討


  圖4 數(shù)控機床伺服電機工作示意圖
  
  5 相關程序設計與操作
   PLC通過編程器輸入程序,達到控制目的。由于PLC工作過程是循環(huán),所以程序執(zhí)行速度很快。另外軟件故障檢測設計在采用硬件設計的基礎上采用軟件檢測外部行程開關狀態(tài),當行程開關失靈后,通過程序控制停止機床的運行,有效地減少了機床因元件失靈造成的事故。
  圖5是使用編程軟件WinProladder編輯定位程序參數(shù)設定指令圖,圖6是具體操作加工程序圖。
  

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  圖5 定位程序參數(shù)設定指令圖
  

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  圖6 加工程序圖
  
  6 結束語
   我國是一個機床生產(chǎn)和應用大國,但數(shù)控技術的應用水平還不高,嚴重制約著我國制造業(yè)水平的提高。國際上的相關開發(fā)計劃對我國的數(shù)控技術的發(fā)展提出了嚴峻的挑戰(zhàn),同時也帶來了機遇。只有選擇合適的PLC才能使定位達到預期的效果。永宏FBs系列PLC的NC定位功能在機床數(shù)控系統(tǒng)設計中占有重要的地位,該機床經(jīng)過長期運行表明,整個系統(tǒng)設計合理,控制精度高,運行可靠,提高了生產(chǎn)的自動化水平,減小了操作人員的勞動強度。
  由于采用了PLC控制,使電氣部分的抗干擾能力增加,提高了機床的運行可靠性,因而增加了設備的柔性,提高了設備的使用效率。

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