1、近年來， PLCPLC 在工業自動控制領域應用愈來 愈廣，它在控制性能、 組機周期和硬件成本 等方面所表現出的綜合優勢是其它工控產 品難以比擬的。 隨著 PLCPLC 技術的發展，它在 位置控制、過程控制、數據處理等方面的應 用也越來越多。 在機床的實際設計和生產過 程中， 為了提高數控機床加工的精度，對其 定位控制裝置的選擇就顯得尤為重要。永宏FBs系列 PLPLC C 的NC定位功能較其它 PLCPLC 更精準，且程序的設計和調試相當方便。 本 文提出的是如何應用永宏 PLCPLC 的NC定位 控制實現機床數控系統控制功能的方法來 滿足控制要求， 在實際運行中是切實可行 的。 整機控制系統

2、具有程序設計思路清晰、硬件電路簡單實用、可靠性高、抗干擾能力 強，具有良好的性能價格比等顯著優點，其 軟硬件的設計思路可供工礦企業的相關數 控機床設計改造借鑒。數控機床由輸入、 輸出裝置、 數控裝置、可編程控制器、伺服系統、檢測反饋裝置和 機床主機等組成，輸入裝置可將不同加工信息傳遞于計算機。在數控機床產生的初期，輸入裝置為 穿孔紙帶，現已趨于淘汰；目前，使用鍵盤、磁盤等，大大方便了信息輸入工作。 輸出指 輸出內部工作參數 （含機床正常、 理想工作狀 態下的原始參數，故障診斷參數等），一般在 機床剛工作狀態需輸出這些參數作記錄保 存，待工作一段時間后，再將輸出與原始資 料作比較、對照，可幫助判

3、斷機床工作是否 維持正常。 數控裝置是數控機床的核心與主 導， 完成所有加工數據的處理、 計算工作，最終實現數控機床各功能的指揮工作。它包含微計算機的電路，各種接口電路、CRT顯 示器等硬件及相應的軟件。 可編程控制器對 主軸單元實現控制， 將程序中的轉速指令進 行處理而控制主軸轉速；管理刀庫，進行自動 刀具交換、選刀方式、刀具累計使用次數、刀具剩余壽命及刀具刃磨次數等管理；控制主軸正反轉和停止、準停、切削液開關、卡 盤夾緊松開、機械手取送刀等動作；還對機床 外部開關（行程開關、壓力開關、溫控開關等）進行控制；對輸出信號（刀庫、機械手、回轉 工作臺等）進行控制。 檢測反饋裝置由檢測元 件和相應

4、的電路組成， 主要是檢測速度和位 移，并將信息反饋于數控裝置， 實現閉環控 制以保證數控機床加工精度。數控加工的準備過程較復雜，內容多， 含對零件的結構認識、 工藝分析、 工藝方案 的制訂、加工程序編制、選用工裝及使用方 法等。機床的調整主要包括刀具命名、調入 刀庫、工件安裝、對刀、測量刀位、機床各 部位狀態等多項工作內容。 程序調試主要是 對程序本身的邏輯問題及其設計合理性進 行檢查和調整。 試切加工則是對零件加工設 計方案進行動態下的考察， 而整個過程均需 在前一步實現后的結果評價后再作后一步工作。試切成功后方可對零件進行正式加 工，并對加工后的零件進行結果檢測。 前三 步工作均為待機時間

5、，為提高工作效率，希 望待機時間越短越好，越有利于機床合理使 用。該項指標直接影響對機床利用率的評價 （即機床實動率）。機床是由機械和電氣兩部分組成， 在設 計總體方案時應從機電兩方面來考慮機床 各種功能的實施方案， 數控機床的機械要求 和數控系統的功能都很復雜， 所以更應機電 溝通， 揚長避短。機床控制系統選件、裝配、程序編制及操作都應該比較合理，精度和穩 定性都必須滿足使用要求。同時為便于調試 和檢修，各項操作均設手動功能， 如手動各 軸快慢移動、 主軸高低速旋轉、切削液及潤 滑開關等。PLCPLC 按照邏輯條件進行順序動作 或按照時序動作，另外還有與順序、時序無 關的按照邏輯關系進行聯鎖

6、保護動作的控 制，PLCPLC 發展成了取代繼電器線路和進行順 序控制的主要產品，在機床的電氣控制中應 用也比較普遍。在實際控制中如何既能提高定位速度， 同時又能保證定位精度是一項需要認真考 慮并切實加以解決的問題。 精度是機床必須 保證的一項性能指標。 位置伺服控制系統的 位置精度在很大程度上決定了數控機床的 加工精度。 因此位置精度是一個極為重要的 指標。 為了保證有足夠的位置精度， 一方面 是正確選擇系統中開環放大倍數的大小，另一方面是對位置檢測元件提出精度的要求。因為在閉環控制系統中，對于檢測元件本身的誤差和被檢測量的偏差是很難區分出來 的， 反饋檢測元件的精度對系統的精度常常 起著決

7、定性的作用。高精度的控制系統必須 有高精度的檢測元件作為保證。當現場條件 發生變化時，系統的某些控制參數必須能作 相應的修改， 為滿足生產的連續性， 要求對 控制系統可變參數的修改應在線進行。盡管使用編程器可以方便快速地改變原設定參 數， 但編程器一般不能交現場操作人員使用 ； 所以，應考慮開發其他簡便有效的方法實現 ELdELd 的可變控制參數的在線修改。 另外為了 防止電壓過高損壞 ELCELC , ,電源輸入端加上壓 敏電阻。為了防止過熱，PLCPLC 不許安裝在 變 壁等發熱元件的正上方，變頻器與 PLCPLC、 伺服驅動器等保持一定距離。在兀件間留有適當的空隙，以便散熱，并且在配電箱

8、上安 裝風扇降溫。此外，為保證控制系統的安全 與穩定運行，還應解決控制系統的安全保護 問題，如系統的行程保護、故障元件的自動 檢測等。數控機床是一種高精度、高效率的自動 化設備，提高數控機床的可靠性就顯得尤為重要。可靠度是評價可靠性的主要定量指標 之一， 其定義為： 產品在規定條件下和規定時 向內，完成規定功能的概率。對數控機床來 說，這里的功能主要指數控機床的使用功 能， 例如數控機床的各種機能，伺服性能等。數控機床的功能部件對機床的功能擴展和 性能的提升起著極為重要的作用，因此，它 不同于一般配套件和附件的選用，不僅須與數控機床的整體結構諧和協調， 融入整機系 統具有最佳的匹配性能， 而且

9、還能很好地彰 顯出該數控機床的個性化特征。用于高速化的數控系統不能僅是提高數據處理能力，而是應具備熱誤差補償單元以及能實現速度 前瞻控制、 位置環前饋控制和加減速平穩控 制等先進控制技術的功能。 所以必須選擇穩 定可靠的控制單元才能保證數控機床正常 高效運行。可編程邏輯控制器是機床各項功能的 邏輯控制中心，集成于數控系統中，主要是 指控制軟件的集成化，而 PLCPLC 硬件則在規 模較大的系統中往往采取分布式結構。系統控制中心采用 PLCPLC，并配以人機界面進行程序參數修改、設定，以及運行狀態顯示監控，可編程設置人機界面的內容。 三軸均為全數 字交流伺服系統，各軸伺服疊!通過連軸器 帶動滾珠

10、絲杠，以移動配有直線導軌的工作 臺和主軸銳頭，其定位準確，速度快。主軸 銖頭由變頻器控制,根據刀具及工件和進給 量， 來設置主軸合理的轉速，并在程序中設 定它的啟動停止。各軸均設二端極限傳感器 和原點傳感器， 冷卻和潤滑也都有異常檢 測， 在報警燈和人機界面處顯示報警信息由 光柵、 感應同步器等位置檢測裝置測得的實 際位置反饋信號，隨時與給定值進行比較，將兩者的差值放大和變換，驅動執行機構，以給定的速度向著消除偏差的方向運動，直到給定位置與反饋的實際位置的差值等于 零為止。閉環進給系統在結構上比開環進給 系統復雜，成本也高，對環境室溫要求嚴。設計和調試都比開環系統難。 但是可以獲得 比開環進給

11、系統更高的精度，更快的速度，驅動功率更大的特性指標。早期使用一般蟲 機作為定位控制，由于速度不快、或者精度 要求不高，所以足夠應對所需場合；當機械運轉為了獲取效率而將速度加快時，當 產 品 質量、精度要求越來越高時，電機停止位置的 控制就不是一般 電機所能達到的了。解決這 一問題的最佳方法是采用NC定位控制配合 步進或伺服電機作定位控制。PLCPLC 結合伺服 驅動器所構成的NC閉環回路控制系統中， PLCPLC 負責發送高諫脈沖命令給伺服驅動器. 除了裝在伺服電機的位移檢測信號直位反 饋到伺服驅動器外， 外加位移檢測器裝在傳 動機構之后，真正反映實際位移量， 并將此 信號反饋到 PLCPLC

12、 內部的高速硬件計數器，這樣就可作更精確的控制，并且可避免上述半閉環回路的缺點。數控機床對位置系統要求的伺服性能 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 外界干擾下的穩定性。這些要求主要取決于 伺服系統的靜態、動態特性。對閉環系統來 說，總希望系統有較高的動態精度， 即當系 統有一個較小的位置誤差時，機床移動部件 會迅速反應。在數控機床的加工中， 伺服系 統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

13、速度固然能提高生產率， 但 對驅動要求也就更高。此外，從系統控制角 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中， 必須考慮軟件處理的時 間是否足夠。 全閉環伺服系統是將位置檢測 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 環伺服控制系統中，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 維護簡單等優點，特別適合于高精度全閉環 數控機床的工作場合。 數控機床要求具備穩 定性、快速性和準確性，而大型數控機床的 機械傳動裝

14、置轉動慣量較大，固有頻率低， 要使其大大高于系統截止頻率很困難，全閉環包括了該進給系統軸幾乎所有不穩定的 非線性因素，調整不當很容易使機床產生抖 動現象。因此數控機床全閉環伺服系統在保證 快速性的基礎上主要是解決機床進給運動 的穩定性而獲得比半閉環伺服系統高的位 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 沖頻率和脈沖數與回饋信號的頻率和脈沖 數， 經內部的偏差計數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高諫、精密的速度與 位置閉環回路處理系統。 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決定。PLCPLC 通過編程器輸入程序,達到控制 目的。由于 PLPL工作過程是循環，所以程 序執行速度很快。 另外軟件故障檢測設計在 采用硬