1 导言
　　 这些年，plc在工业自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概括优势是其它工控商品难以比照的。跟着PLC技能的翻开, 它在方位操控、进程操控、数据处理等方面的运用也不断增加。在机床的实习方案和出产进程中,为了跋涉数控机床加工的精度，对其定位操控设备的选择就显得尤为首要。永宏FBs系列PLC的NC定位功用较其它PLC更精准，且程序的方案和调试恰当便利。这篇文章提出的是怎样运用永宏PLC的NC定位操控完毕机床数控系统操控功用的办法来满意操控恳求，在实习作业中是实在可行的。整机操控系统具有程序方案思路明晰、硬件电路简略有用、牢靠性高、抗搅扰才调强，具有超卓的功用报价比等显着利益，其软硬件的方案思路可供工矿公司的有关数控机床方案改造学习。
　　
　　2 数控机床构成构造及作业进程
　　 本例数控机床由输入、输出设备、数控设备、可编程操控器、伺服系统、查看反响设备和机床主机等构成，如图1所示。

　　图1 数控机床构成安排图
　　 输入设备可将纷歧样加工信息传递于核算机。在数控机床发作的前期，输入设备为穿孔纸带，现已趋于选择;如今，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、志向作业状况下的初始参数，缺点确诊参数等)，通常在机床刚作业状况需输出这些参数作记载保留，待作业一段时刻后，再将输出与初始材料作比照、对照，可帮忙差异机床作业是不是坚持正常。数控设备是数控机床的基地与主导，完毕悉数加工数据的处理、核算作业，毕竟完毕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闪现器等硬件及相应的软件。可编程操控器对主轴单元完毕操控，将程序中的转速指令进行处理而操控主轴转速;处理刀库，进行自动刀具沟通、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处理;操控主轴正反转和接连、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。查看反响设备由查看元件和相应的电路构成，首要是查看速度和位移，并将信息反响于数控设备，完毕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。

　　图2 数控机床的作业进程框图
　　 数控加工的预备进程较凌乱，内容多，含对零件的构造知道、技能剖析、技能方案的拟定、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界容。程序调试首要是对程序自身的逻辑疑问及其方案合理性进行查看和调整。试切加工则是对零件加工方案方案进做法态下的查询，而悉数进程均需在前一步完毕后的作用评估后再作后一步作业。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作用查看。前三步作业均为待机时刻，为跋涉作业功率，期望待机时刻越短越好，越有利于机床合理运用。该项政策直接影响对机床运用率的评估(即机床实动率)。
　　
　　3 机床数控系统需求处理的几个疑问
　　 机床是由机械和电气两有些构成，在方案全体方案时应从机电两方面来思考机床各种功用的施行方案，数控机床的机械恳求和数控系统的功用都很凌乱，所以更应机电沟通，取长补短。机床操控系统选件、设备、程序编制及操作都应当比照合理，精度和安稳性都有必要满意运用恳求。一同为便于调试和修补，各项操作均设手动功用，如手动各轴快慢移动、主轴凹凸速旋转、切削液及光滑开关等。PLC依照逻辑条件进行次第动作或依照时序动作，别的还有与次第、时序无关的依照逻辑联络进行联锁维护动作的操控，PLC翻开成了替代继电器线路和进行次第操控的首要商品,在机床的电气操控中运用也比照遍及。
　　 在实习操控中怎样既能跋涉定位速度，一同又能确保定位精度是一项需求细心思考并实在加以处理的疑问。精度是机床有必要确保的一项功用政策。方位伺服操控系统的方位精度在很大程度上选择了数控机床的加工精度。因而方位精度是一个极为首要的政策。为了确保有满意的方位精度，一方面是精确选择系统中开环拓宽倍数的巨细，另一方面是对方位查看元件提出精度的恳求。由于在闭环操控系统中，关于查看元件自身的过失和被查看量的过失是很难差异出来的，反响查看元件的精度对系统的精度常常起着选择性的作用。高精度的操控系统有必要有高精度的查看元件作为确保。当现场条件发作改动时，系统的某些操控参数有必要能作相应的批改，为满意出产的接连性，恳求对操控系统可变参数的批改应在线进行。尽管运用编程器能够便利活络地改动原设定参数，但编程器通常不能交现场操作人员运用;所以，应思考开发别的简练有用的办法完毕PLC的可变操控参数的在线批改。别的为了避免电压过高损坏PLC，电源输入端加上压敏电阻。为了避免过热, 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位，以便散热，并且在配电箱上设备电扇降温。此外，为确保操控系统的安全与安稳作业，还应处理操控系统的安全维护疑问，如系统的行程维护、缺点元件的自动查看等。
　　
　　4 永宏FBs系列PLC的NC机床定位伺服操控系统剖析
　　 数控机床是一种高精度、高功率的自动化设备，跋涉数控机床的牢靠性就显得尤为首要。牢靠度是评估牢靠性的首要定量政策之一，其界说为:商品在规矩条件下和规矩时刻内，完毕规矩功用的概率。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拓宽和功用的跋涉起着极为首要的作用，因而，它纷歧样于通常配套件和附件的选用，不只须与数控机床的全体构造谐调和和，融入整机系统具有最佳的匹配功用，并且还能极好地闪现出该数控机床的特性化特征。用于高速化的数控系统不能仅是跋涉数据处理才调，而是应具有热过失抵偿单元以及能完毕速度前瞻操控、方位环前馈操控和加减速平稳操控等抢先操控技能的功用。所以有必要选择安稳牢靠的操控单元才调确保数控机床正常高效作业。
　　 鉴于以上各项恳求，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，运用起来非常便利，接线简捷。其编程软件WinProladder有梯形图大师之称，易学易用且功用健壮，批改、监督、除错等操作非常随手，按键、鼠标并用及在线即时指令功用查询与操作指引，使批改、输入功率倍增。一同配以人机界面进行程序参数批改、设定以及作业状况闪现监控，可编程设置人机界面的内容。该操控系统具有牢靠性高，报价便宜，构造紧凑等特征，非常适宜机床的操控恳求，详细操控思路如图3所示。
　

　　图3 选用永宏PLC FBs-44MN 的NC 机床定位电气操控系统图
　　 可编程逻辑操控器是该机床各项功用的逻辑操控基地，集成于数控系统中，首要是指操控软件的集成化，而PLC硬件则在方案较大的系统中通常选用散布式构造。由图3能够看出，系统操控基地选用永宏PLC FBs-44MN操控，并配以人机界面进行程序参数批改、设定，以及作业状况闪现监控，可编程设置人机界面的内容。三轴均为全数字沟通伺服系统，各轴伺服电机经过连轴器股动滚珠丝杠，以移动配有直线导轨的作业台和主轴铣头，其定位精确，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主张接连。各轴均设二端极限传感器和原点传感器，冷却和光滑也都有失常查看，在报警灯和人机界面处闪现报警信息由光栅、感应同步器等方位查看设备测得的实习方位反响信号，随时与给定值进行比照，将两者的差值拓宽和改换，驱动施行安排，以给定的速度向着消除过失的方向运动，直到给定方位与反响的实习方位的差值等于零接连。闭环进给系统在构造上比开环进给系统凌乱，本钱也高，对环境室温恳求严。方案和调试都比开环系统难。可是能够取得比开环进给系统更高的精度，更快的速度，驱动功率更大的特性政策。前期运用通常电机作为定位操控，由于速度不快、或许精度恳求不高，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，当商质量量、精度恳求越来越高时，电机接连方位的操控就不是通常电机所能抵达的了。处理这一疑问的最佳办法是选用NC定位操控协作步进或伺服电机作定位操控。但在曩昔，由于它的报价很高，而绑缚了它运用的遍及性，这些年由于技能的翻开及本钱的降低，其价位已被用户所承受，运用数量也不断增加。为协作这一趋势，永宏PLC FBs系列将如今市道上专用的NC定位操控器功用联络在PLC内部SoC芯片内，除了免掉PLC与专用NC 定位操控器之间凌乱的数据沟通与联接程序外，更大幅降低全体本钱，为用户供应一种价廉物美、简略便利的PLC联络NC定位操控的方案。永宏PLC FBs-44MN内部的SoC芯片富含多轴高速脉冲输出以及高速硬件计数器，并且供应简练运用和方案的定位程序批改，关于这方面的运用，更是如虎添翼、如虎添翼、称心如意了。PLC联络伺服驱动器所构成的NC闭环回路操控系统中，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查看信号直接反响到伺服驱动器外，外加位移查看器装在传动安排往后，实在反映实习位移量，并将此信号反响到PLC 内部的高速硬件计数器，这么就可作更精确的操控，并且可避免上述半闭环回路的缺点。永宏PLC FBs系列的定位功用将市道上专用NC定位操控器联络在PLC内，使PLC与NC操控器能同享相同的数据区，而不需求作两单个系之间的数据沟通与同步操控等凌乱的作业，但仍可用通常常用的NC 定位操控指令(例如DRV、SPD…等)。PLC操控4轴的定位作业，并可作多轴同动操控，除了供应点对点的定位速度操控，还供应了各轴间直线插补功用。当系统运用逾越4轴时还可运用永宏PLC的CPU LINK功用抵达更多的定位运动操控。数控机床对方位系统恳求的伺服功用包含: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。这些恳求首要取决于伺服系统的静态、动态特性。对闭环系统来说，总期望系统有较高的动态精度，即当系统有一个较小的方位过失时，机床移动部件会活络反响。在数控机床的加工中，伺服系统为了一同满意高速快移和单步点动，恳求进给驱动具有满意宽的调速方案。
　　 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。伺服系统最高速度的选择要思考到机床的机械容许鸿沟和实习加工恳求，高速度当然能跋涉出产率，但对驱动恳求也就更高。此外，从系统操控视点看也有一个查看与反响的疑问，分外是在核算机操控系统中，有必要思考软件处理的时刻是不是满意。全闭环伺服系统是将方位查看元件置于被测坐标轴的终端移动部件上，以查看机械传动链中螺距过失、空位及各种搅扰所构成的传动过失，并进行反响抵偿操控，然后跋涉机床的方位操控精度。在全闭环伺服操控系统中，对方位查看元件和反响元件的选择很要害。感应同步用具有精度高、重复性好、抗搅扰才调强，耐油耐污及维护简略等利益，分外适适宜高精度全闭环数控机床的作业场合。数控机床恳求具有安稳性、活络性和精确性，而大型数控机床的机械传动设备翻滚惯量较大，固有频率低，要使其大大高于系统截止频率很艰难，全闭环包含了该进给系统轴简直悉数不安稳的非线性要素，调整不妥很简略使机床发作哆嗦景象。
　　因而数控机床全闭环伺服系统在确保活络性的根底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系统高的方位精度。伺服电机的编码器将位移查看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，经内部的过失计数器与频率转电压电路处理后，得到脉冲过失值与转速过失值，这么使操控伺服电机完毕高速、精密的速度与方位闭环回路处理系统。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选择。图4是PLC操控下的伺服电机作业暗示图。

　　图4 数控机床伺服电机作业暗示图
　　
　　5 有关程序方案与操作
　　 PLC经过编程器输入程序，抵达操控意图。由于PLC作业进程是循环，所以程序施行速度很快。别的软件缺点查看方案在选用硬件方案的根底上选用软件查看外部行程开关状况，当行程开关失灵后，经进程序操控接连机床的作业，有用地削减了机床因元件失灵构成的事端。
　　图5是运用编程软件WinProladder批改定位程序参数设定指令图，图6是详细操作加工程序图。

　　图5 定位程序参数设定指令图

　　图6 加工程序图
　　6 完毕语
　　 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，严峻制约着我国制作业水平的跋涉。国际上的有关开发方案对我国的数控技能的翻开提出了严峻的应战，一同也带来了时机。只需选择适宜的PLC才调使定位抵达预期的作用。永宏FBs系列PLC的NC定位功用在机床数控系核算划中占有首要的方位，该机床经过长时刻作业标明，悉数系核算划合理，操控精度高，作业牢靠，跋涉了出产的自动化水平，减小了操作人员的劳作强度。
　　由于选用了PLC操控，使电气有些的抗搅扰才调增加，跋涉了机床的作业牢靠性，因而增加了设备的柔性，跋涉了设备的运用功率。

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