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数控机床/铣床 |
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PLC在数控机床安全设计中应用 |
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作者：苏茜 张群生 |
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数控设备是技术密集型和知识密集型的机、电一体化产品，其技术先进、结构复杂、价格昂贵，随着生产企业规模的不断扩大及设备自动化程度的不断提高，数控车间里所用的数控设备种类和数量也在不断增加。要想更好地利用数控机床，就必须对数控机床的结构功能及系统有充分的了解。数控机床的动作控制通常由两种方式来实现：一种是通过CNC系统(专用计算机)的数字信息来控制，即“数字控制”，如数控机床工作台的前、后、左、右移动，主轴箱的上、下移动和围绕某一直线轴的旋转运动位移量等。这些控制是用插补计算出的理论位置与实际反馈位置比较后得到的差值对伺服进给电机进行控制而实现的。这种控制的核心是保证实现被加工零件的轮廓，即除点位加工外，各个轴的运动时刻都必须保持严格的比例关系；另一种是在数控机床运行过程中，以CNC系统内部和机床上各行程开关、传感器、按钮、继电器等开关量信号的状态为条件，并按照预先规定的逻辑顺序，对诸如主轴的开停、换向，刀具的更换，工件的夹紧、松开。液压、冷却、润滑系统的运行控制。这一类动作的控制主要是进行开关量信号的顺序控制，一般由PLC来完成。
1 PLC程序在数控机床上的应用
PLC为可编程控制器．在数控机床上所使用的PLC也称作PMC。它有以下优点：响应快。控制精度高，可靠性好，控制程序可随应用场合的不同而改变，与计算机的接口及维修方便。通常，数控机床上所使用的PLC程序包括系统程序和用户程序。其中系统程序包括监控程序、编译程序及诊断程序等，由PLC生产厂家提供，并固化在EPROM中，用户不能直接存取，也不需要用户干预。丽用户程序是用户根据现场控制的需要，用PLC程序语言编制的应用程序，用以实现各种控制要求。常用的PLC程序设计语言主要有梯形囝、语句表、功能块图等。
由于数控机床很多执行机构的动作都是通过PLC的控制指令来实现的，可以利用PLC对数控机床进行故障的快速检测和维修，或者是通过修改、编写PLC程序为数控机床增添某个可执行动作或功能。
2 数控机床的安全控制设计
在使用数控机床的过程中作者发现：有些系统的机床在操作不当或因机床本身原因出现故障报警停机之后，需要消除报警并重新返回HOME点才能再次执行程序，可是有些系统的机床在消除报警后并不需要返回HOME点就可以直接再次运行程序。后者虽然节省了一点时间，可是却存在极大的安全隐患。某企业有一台数控加工中心就出现过这样的情况：某次执行空运行时，产生了机床报警导致停机，操作工消除报警后未回HMOE点就再次运行空运转程序，使主轴与夹具发生碰撞，造成主轴精度及动平衡超差，无法满足设备加工的工艺要求。分析其原因：当机床在运行过程中报警停机之后，机床夹具及主轴的位置状态已经发生了变化(不再是初始状态)，若是消除报警之后立即重新开始执行后续程序，就很容易导致机床主轴误动作造成主轴与夹具或工件发生碰撞。为了避免因碰撞造成的不必要的工废．进一步提高设备本身的防错能力，作者针对FUNUC系统加工中心设计了一个数控机床动作的安全控制程序，该程序的作用主要是保证在执行加工程序或者空运行程序过程中发生了机床停机报警，在操作人员消除报警后，必须执行回参考点的程序，如果不执行回参考点程序使程序、设备的夹具、主轴、刀具等恢复到初始位置，机床将无法执行加工程序或空运转程序，这样就有效避免了设备碰撞的可能性。
2.1 设计思路
为机床增加防错功能以实现机床动作的安全控制是通过修改数控机床的PMC程序及机床自动运行的条件，增加机床启动条件的限制，并在操作面板上增加循环启动准备好指示灯(STEN—L)、返修指示灯(RECUTL)及返修键按钮。具体方案是：
(1)设置的机床启动条件：①x，y、z轴必须回到第二参考点，且A轴在90。状态(STA—ENI)；②主轴上的刀具为初始刀具(T6)或者为空刀(T14)(STA—EN2)；③A轴处于夹紧状态(STA—EN3)；④夹具处于松开状态(STA—EN4)。机床必须同时满足这4个条件才能够执行加工程序进行自动加工(STA—EN)。设计此限制条件的目的是使机床在发生报警后，必须先运行RETURN程序，待机床恢复至可以正常运行的状态后，才在AUTO或者MEM模式下运行机床，防止程序从中间状态启动，引起机床碰撞。
(2)如果未满足启动条件，循环启动准备好指示灯不亮时，按下[CYCLE START]按键，机床则产生“61．0 CYCLE START NOT REDAY，PLEASERETURN!”报警，提醒操作人员机床被禁止自动加工的原因及应该采取的措施。
(3)当有工件需要返修时，可能只需要执行某个特定的程序段，此时可以接下返修键，返修指示灯亮后，即可进行返修工件的加工。在返修加工或单段加工模式下，设备不受“循环启动准备好”条件的限制，可以循环启动。
2.2 梯形图设计
按照前面的设计思路，在数控机床PMC程序中增加P110子程序，生成R2.7(STS-A)；其中循环启动准备好指示灯信号输出点为Y5.1，返修键信号输入点为X4.6，返修指示灯信号输出点为Y4.6。相应的梯形图如图1示。
图1 安全控制功能梯形图
3 结束语
数控机床是集计算机技术、PLC技术、自动化技术等于一身的机、电一体化产物，作为数控机床核心的控制系统直接关系到设备的正常运行，利用数控机床PLC的强大功能，可以充分发挥数控机床控制系统的作用，还可以为数控机床故障诊断及维修带来极大的方便。作者为加工中心设计的防止机床发生碰撞的安全控制功能，有效消除了因操作人员的失误导致机床主轴与夹具、工件发生碰撞的隐患，确保了生产的安全性，有良好的经济效益。(end)
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(10/26/2013) |
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