摘要：本文介紹仿形加工的原理和系統(tǒng)功能，設(shè)計(jì)了PLC的控制方案，給出軟件設(shè)計(jì)流程，并分析其實(shí)現(xiàn)方法。對(duì)類似系統(tǒng)有參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：PLC 仿形加工

一、加工機(jī)械原理與系統(tǒng)功能

　　在脆性材料（如石材）加工中，異型加工應(yīng)用日漸 廣泛，確定其控制方案時(shí)，采用PLC進(jìn)行設(shè)計(jì)是一種性價(jià)比較高的選擇。圖1為截面仿形柱體加工機(jī)械的示意圖。其工作過程分析如下：

　　運(yùn)動(dòng)過程：礦車帶動(dòng)工料作Z向往返運(yùn)動(dòng)（此時(shí)刀具固定）;刀具可作X、Y兩方向運(yùn)動(dòng)：X方向分片進(jìn)給將工料上部去除（當(dāng)分片距離足夠小時(shí)，由于是脆性材料，這些片實(shí)際上不存在）;-Y運(yùn)動(dòng)為刀具的進(jìn)刀量;Y向運(yùn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)用于仿形的光電對(duì)管運(yùn)動(dòng)。

　　仿形原理：按所需的形狀用硬質(zhì)材料剪裁制成模板，形狀曲線朝上，當(dāng)隨刀具-Y向運(yùn)動(dòng)的光電對(duì)管往下碰到模板上邊緣時(shí)發(fā)出信號(hào)，刀具-Y向往下不再進(jìn)給，一分片加工結(jié)束可進(jìn)入下一分片的Y向往下進(jìn)給加工，如此循環(huán)，直至X向分片運(yùn)動(dòng)結(jié)束。由于刀具位置固定時(shí)，礦車帶動(dòng)工料作Z向往返運(yùn)動(dòng)，故可加工出截面仿形的柱狀體。

　　針對(duì)上述加工要求，PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)如下功能：

　　（1）設(shè)置粗、精加工兩道工序，以實(shí)現(xiàn)較好的仿形效果。粗、精加工的轉(zhuǎn)換有手動(dòng)和自動(dòng)兩種方式。

　　（2）X向的分片距離可設(shè)置和顯示。

　　（3）Y向往下進(jìn)給量可設(shè)定和顯示。

　　（4）整個(gè)系統(tǒng)有手動(dòng)與自動(dòng)兩種操作方式選擇，有電機(jī)過載和X、Y、Z向限位保護(hù)。

　　（5）刀具旋轉(zhuǎn)速度和Z向礦車速度利用電磁調(diào)速。

　　（6）加工一工料后，系統(tǒng)自動(dòng)停止;另外設(shè)有急停和暫停（即從停止工位可起動(dòng)繼續(xù)加工）。

二、PLC的I/O安排

　　為實(shí)現(xiàn)上述控制功能，PLC選用三菱FX2N系列，I/O點(diǎn)數(shù)為64點(diǎn)。具體安排如下：

　　輸入點(diǎn)：X0：加工系統(tǒng)起動(dòng);X1：手動(dòng)/自動(dòng)選擇開關(guān);X2：急停;X3：暫停;X4/X5：+/- Z向點(diǎn)動(dòng);X6/X7：+/-X向點(diǎn);X10/X11：+/-Y向點(diǎn)動(dòng);X12/X13：+/-Z向到位開關(guān);X14/X15：+/-X向到位開關(guān);X16：+Y到位開關(guān);X17：+/-X、Y、Z六個(gè)限位保護(hù)開關(guān)（由于限位保護(hù)時(shí)，故障現(xiàn)象直觀，為節(jié)省輸入點(diǎn)數(shù)將六個(gè)常開并聯(lián)）;X20：粗/精加工選擇;X21：粗、精加工自動(dòng)連續(xù)（即粗工結(jié)束后自動(dòng)進(jìn)入精加）;X22～X25：X、Y、Z向電機(jī)過載保護(hù);刀具（如鋸片）旋轉(zhuǎn)電機(jī)過載保護(hù);X26：-Y向下降進(jìn)給量設(shè)定確認(rèn);X27：X向分片距離設(shè)定確認(rèn);X30：仿形用光電開關(guān);X31～X34：進(jìn)給量和分片距離設(shè)定值撥碼開關(guān)。X35：故障排除或暫停再起動(dòng)。

　　輸出點(diǎn)：Y0：控制刀具旋轉(zhuǎn)電機(jī)對(duì)應(yīng)的接觸器;Y1～Y2：礦車Z/-Z向運(yùn)動(dòng);Y3～Y4：刀具X/-X運(yùn)動(dòng);Y5～Y6：刀具Y/-Y向運(yùn)動(dòng);Y7：手動(dòng)指示;Y10：自動(dòng)指示;Y11：粗加工指示;Y12：精加工指示;Y13：粗、精自動(dòng)連續(xù)指示;Y14：暫停指示;Y15：系統(tǒng)運(yùn)行指示;Y16：故障報(bào)警;Y17：限位故障指示;Y20：刀具旋轉(zhuǎn)電機(jī)過載故障指示;Y21：礦車電機(jī)過載指示;Y22：分片電機(jī)過載指示;Y23：Y向電機(jī)過載指示;Y24～Y27：4位設(shè)定值BCD數(shù)字選通控制;Y30～Y37：4位數(shù)碼管顯示控制。

三、程序設(shè)計(jì)

　　控制程序主要包括點(diǎn)動(dòng)調(diào)整、粗加工、精加工和設(shè)定值處理與顯示程序，采用步進(jìn)功能指令設(shè)計(jì)。在這些程序中也包括停止、保護(hù)和故障處理的環(huán)節(jié)。

　　加工開始前，應(yīng)根據(jù)工料的自然尺寸確定Y、±X、±Z的到位開關(guān);點(diǎn)動(dòng)調(diào)整刀具和礦車到初始（原

　　位）位置;根據(jù)工料材質(zhì)設(shè)定好-Y下降和X分片進(jìn)刀量;選擇加工方式即粗加工或粗—精連續(xù)加工或精加工方式。

　　下面分析主要程序的控制原理。

　　1、粗加工控制程序流程

　　粗加工原理是將工料仿形截面的上部分割成一片片，由于工料是脆性材料，當(dāng)分片距離足夠小，已分割完的片實(shí)際是不存在的。如圖2所示。

　　粗加工的PLC控制流程如圖3所示。

　　2、精加工程序

　　精加工程序X分片距離程序設(shè)定為粗加工的1/2，加工過程沒有-Y下降進(jìn)給，采用一直下降至光電開動(dòng)作后，再Y上升至光電開關(guān)不動(dòng)作（這也是補(bǔ)償控制原理），然后進(jìn)行Z或-Z運(yùn)動(dòng)，流程略。

　　3、關(guān)于再起動(dòng)問題與初始化

　　為減少加工過程中出現(xiàn)的可避免廢品，除了急停外，對(duì)電網(wǎng)停電、故障保護(hù)、暫停等引起的加工過程中斷，對(duì)每一步進(jìn)狀態(tài)，將自動(dòng)控制流程所用的狀態(tài)器Sn～Sm送入悼電保護(hù)的數(shù)據(jù)寄存器中;此外，對(duì)于進(jìn)刀量，采用積算原理和減計(jì)數(shù)的方法設(shè)計(jì)。這樣，用戶可在停機(jī)處理后按再起動(dòng)（X35）繼續(xù)加工。

　　在初始化程序化程序中，必須根據(jù)不同的開機(jī)情況對(duì)相關(guān)的狀態(tài)器和數(shù)字寄存器賦初值。

四、結(jié)語

　　本文所分析的仿形加工PLC控制方案，已在石材加工得到較好的應(yīng)用。在實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)由于絲桿隙動(dòng)量的問題，-Y向下降到光電開關(guān)處往往會(huì)出現(xiàn)過沖現(xiàn)象，因而在精加工程序中加入補(bǔ)償方法，能較好地解決這一問題。

　　當(dāng)然利用計(jì)算機(jī)集成制造技術(shù)或PLC的運(yùn)動(dòng)控制中的示教功能也能實(shí)現(xiàn)仿形加工[2]，但對(duì)簡易仿形和脆性材料加工，本系統(tǒng)具有較高的性價(jià)比，值得推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

　　1、王兆義編著，小型可編程控制器實(shí)用技術(shù)，機(jī)械工業(yè)出版社，2000，5

　　2、鄧昌其，PLC在數(shù)控仿形加工中心的應(yīng)用，自動(dòng)化與儀器儀表，2001，4：P25～27