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1、仿形加工的PLC应用 Application of PLC in profile machining 华侨大学电气工程与自动化系（福建，泉州，362011） 陈培民 ( Department of Electrical Engineering and Automation, Huaqiao University,Fujian,Qianzhou,362011 ) Chen Peimin摘要：本文介绍仿形加工的原理和系统功能，设计了PLC的控制方案，给出软件设计流程，并分析其实现方法。对类似系统有参考价值。关键词： PLC 仿形加工Abstract：The principle of profile
2、 machining and control system function is introduced in the paper. The PLC control method is presented.This paper describes the main ideas of the software.The ideas have reference value for the similar syetem.Key words：PLC profile machining一、加工机械原理与系统功能 在脆性材料（如石材）加工中，异型加工应用日渐 广泛，确定其控制方案时，采用PLC进行设计是一
3、种性价比较高的选择。图1为截面仿形柱体加工机械的示意图。其工作过程分析如下：图1 加工机械的示意图运动过程：矿车带动工料作Z向往返运动（此时刀具固定）；刀具可作X、Y两方向运动：X方向分片进给将工料上部去除（当分片距离足够小时，由于是脆性材料，这些片实际上不存在）；-Y运动为刀具的进刀量；Y向运动时带动用于仿形的光电对管运动。仿形原理：按所需的形状用硬质材料剪裁制成模板，形状曲线朝上，当随刀具-Y向运动的光电对管往下碰到模板上边缘时发出信号，刀具-Y向往下不再进给，一分片加工结束可进入下一分片的Y向往下进给加工，如此循环，直至X向分片运动结束。由于刀具位置固定时，矿车带动工料作Z向往返运动，故
4、可加工出截面仿形的柱状体。 针对上述加工要求，PLC控制系统设计如下功能：（1）设置粗、精加工两道工序，以实现较好的仿形效果。粗、精加工的转换有手动和自动两种方式。（2）X向的分片距离可设置和显示。（3）Y向往下进给量可设定和显示。（4）整个系统有手动与自动两种操作方式选择，有电机过载和X、Y、Z向限位保护。（5）刀具旋转速度和Z向矿车速度利用电磁调速。（6）加工一工料后，系统自动停止；另外设有急停和暂停（即从停止工位可起动继续加工）。二、PLC的I/O安排 为实现上述控制功能，PLC选用三菱FX2N系列，I/O点数为64点。具体安排如下：输入点：X0：加工系统起动；X1：手动/自动选择开关；
5、X2：急停；X3：暂停；X4/X5：+/- Z向点动；X6/X7：+/-X向点；X10/X11：+/-Y向点动；X12/X13：+/-Z向到位开关；X14/X15：+/-X向到位开关；X16：+Y到位开关；X17：+/-X、Y、Z六个限位保护开关（由于限位保护时，故障现象直观，为节省输入点数将六个常开并联）；X20：粗/精加工选择；X21：粗、精加工自动连续（即粗工结束后自动进入精加）；X22X25：X、Y、Z向电机过载保护；刀具（如锯片）旋转电机过载保护；X26：-Y向下降进给量设定确认；X27：X向分片距离设定确认；X30：仿形用光电开关；X31X34：进给量和分片距离设定值拨码开关。X3
6、5：故障排除或暂停再起动。输出点：Y0：控制刀具旋转电机对应的接触器；Y1Y2：矿车Z/-Z向运动；Y3Y4：刀具X/-X运动；Y5Y6：刀具Y/-Y向运动；Y7：手动指示；Y10：自动指示；Y11：粗加工指示；Y12：精加工指示；Y13：粗、精自动连续指示；Y14：暂停指示；Y15：系统运行指示；Y16：故障报警；Y17：限位故障指示；Y20：刀具旋转电机过载故障指示；Y21：矿车电机过载指示；Y22：分片电机过载指示；Y23：Y向电机过载指示；Y24Y27：4位设定值BCD数字选通控制；Y30Y37：4位数码管显示控制。三、程序设计控制程序主要包括点动调整、粗加工、精加工和设定值处理与显示
7、程序，采用步进功能指令设计。在这些程序中也包括停止、保护和故障处理的环节。加工开始前，应根据工料的自然尺寸确定Y、X、Z的到位开关；点动调整刀具和矿车到初始（原 图2 仿形原理示意图图3 粗加工程序流程图位）位置；根据工料材质设定好-Y下降和X分片进刀量；选择加工方式即粗加工或粗精连续加工或精加工方式。下面分析主要程序的控制原理。 1、粗加工控制程序流程 粗加工原理是将工料仿形截面的上部分割成一片片，由于工料是脆性材料，当分片距离足够小，已分割完的片实际是不存在的。如图2所示。 粗加工的PLC控制流程如图3所示。2、精加工程序 精加工程序X分片距离程序设定为粗加工的1/2，加工过程没有-Y下降
8、进给，采用一直下降至光电开动作后，再Y上升至光电开关不动作（这也是补偿控制原理），然后进行Z或-Z运动，流程略。3、关于再起动问题与初始化 为减少加工过程中出现的可避免废品，除了急停外，对电网停电、故障保护、暂停等引起的加工过程中断，对每一步进状态，将自动控制流程所用的状态器SnSm送入悼电保护的数据寄存器中；此外，对于进刀量，采用积算原理和减计数的方法设计。这样，用户可在停机处理后按再起动（X35）继续加工。 在初始化程序化程序中，必须根据不同的开机情况对相关的状态器和数字寄存器赋初值。四、结语 本文所分析的仿形加工PLC控制方案，已在石材加工得到较好的应用。在实际系统运行一段时间后发现由于
9、丝杆隙动量的问题，-Y向下降到光电开关处往往会出现过冲现象，因而在精加工程序中加入补偿方法，能较好地解决这一问题。当然利用计算机集成制造技术或PLC的运动控制中的示教功能也能实现仿形加工2，但对简易仿形和脆性材料加工，本系统具有较高的性价比，值得推广应用。参考文献1、王兆义编著，小型可编程控制器实用技术，机械工业出版社，2000，52、邓昌其，PLC在数控仿形加工中心的应用，自动化与仪器仪表，2001，4：P2527作者简介：陈培民，男，1963年12月出生，汉族，1990年3月哈尔滨工业大学电电气工程系毕业，工学硕士，副教授，1990年以来在华侨大学电气工程与自动化系从事电气传动、计算机测控
10、、DSP应用的教研工作。电话：05952691479，E-mail: Chen Peimin, Man, was born in Dec. 1963.He receivedthe M.S. degree in electrical engineering from Harbin University of Technology, Harhin,China,1990. Since1990, he has been with Huaqiao University, Qu-anzhou, Fujian, China,. where he is currently an Associate Professor. His research interest is in the area of electric drive, computer measurement & control, the application of DSP.
