PLC在数控机床电气控制方面的应用研究

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摘 要：PLC，即所谓的可编程控制器，由CPU，存储器，I/O模塊等外部设备和电源组成的。PLC适应性强，能够在环境复杂、恶劣的数控机床中稳定运行。数控机床相对于普通机床优势在于进行批量生产时具有较高的效率，而数控机床在加工过程中，除了各运动轴按照程序轨迹精密运行以外，还需要各种辅助动作，如切削液开关，气动液压家头夹紧、松开，机床辅助灯的开关，尾座的顶紧或者收回等等，而上述辅助功能均需利用开关变量进行控制，而PLC控制的特点就在于以开关量控制为特长，再加上PLC控制编程简单，使用方便，鉴于上述原因，PLC在数控机床电气控制方面应用广泛。

关键词：数控机床;电气控制;PLC

一、数控机床电气控制系统的组成

数控机床的电气控制系统由工控机、电源模块、电机模块、电机、光栅尺以及各种传感器模块、分布式模块等部分组成，其中工控机主要实现对于文件数据的读取与定位并通过数据总线传输到运动控制单元中。PLC实现对于数控机床中的各种信号的检测和控制等。[2]而如今高精度的数控机床更是通过主控单元，伺服控制单元和电机实现闭环控制，而这种闭环控制离不开各种检测信息，PLC在处理这些检测信息，并对异常信号进行报警的功能对高性能数控机床而言是不可或缺的。

二、PLC在数控机床电气控制系统的应用

（一）面板控制

数控机床为了方便用户操作，均具备有面板操作界面，用户可以通过面板操作界面对数控机床进行全面的控制和调试。例如，数控加工程序的编制和调整，手动移动轴的控制，刀架的控制，加工参数的控制等等。具体来说，用户通过手动方式对机床的运动状态进行控制，如控制数控机床至“MDI”模式，输入：T0101，运行后信号输入至PLC，PLC进行运算后控制刀架运行几个刀位停止，然后控制相应的电磁继电器关闭或者打开，与其相连接的刀架电机打开后，运行两个刀位后，PLC数控电磁继电器关闭信号，此时刀架电机停转，从而完成数控车床刀具更换的摸底。

（二）电机控制

电机拖动系统是数控机床最为重要的部分。以数控车床为例，数控机床的运动电机包含主轴电机，X轴伺服电机，Z轴伺服电机，刀架电机等等。这些电机不仅能通过数控机床CNC控制系统坐标点进行运动，还能通过PLC信号对相应电机的开闭，实现对电机电器系统的控制。

（三）与数控机床信息交换

信息流通是否顺畅以及信息是否能够有效的实现共享和交换是影响整个数控机床控制系统运行稳定的关键因素。[3]作为数控机床两个目前及其重要的系统，电气控制和CNC系统的信息交流就显得尤为重要。最CNC系统来说，当数控程序加工至特意设置的程序段时，如暂停功能“M00”时，数控系统将该程序段输入至PLC系统，处理完成后，输出至相应的电磁继电器，电磁继电器断开，相应的轴伺服电机停转，从而实现数控加工过程暂停功能。

（四）辅助系统控制

数控机床除了需要个运动轴按照程序的轨迹精确做出运动以外，还需要各个辅助系统的协调运作，这些辅助系统的控制离不开PLC。数控机床的辅助系统包括，切削液系统，机床防护装置，主轴液压控制系统，尾座液压控制系统，自动润滑系统等等。以数控机床自动润滑装置为例，数控机床运行一段时间后，计时装置将信息传输至PLC中，经过处理将信号输出至特定的电磁继电器，从而控制相应油泵的工作，从而将润滑油输送至机床各个位置，油泵运行一段时间后，计时器将计时信息输入至PLC，输出信号最终实现对油泵打开，关系，电磁阀的打开或者关闭。与自动润滑装置类似，PLC可以实现数控机床辅助系统的控制。

（五）报警处理控制

数控机床是一个复杂的集成系统，为实现其稳定运行，必须对其状态进行实时监控，如刀具在数控机床中的运动位置是否超出行程，润滑装置油量是否充足，刀具补偿是否过切，刀架运动是否正常等等，一旦某些传感器或者是参数出现异常，信息立即反馈至PLC中，PLC经过运算输出控制信号，给相应的继电器等执行装置，报警灯红色亮，操作面板显示器报警，运动轴运动停止等等。上述这一系列的动作都是通过PLC实现的。对于高端机床或者电气控制系统设计优良的数控机床，其监测点一定是更多的，报警类型自然也更多，但是它能在机床发生意外时以最短的速度进行反馈，保护机床和工件安全。

三、PLC在数控机床领域的探索应用

数控机床经过长时间的发展，一方面精度越来越高，另一方面自动化程度越来越好，然而，无论是何种发展，都离不开PLC的高效利用。本文通过提高数控机床的自动化程度这方面，对PLC在数控机床电器控制系统中的重要应用进行讨论。

就数控车床而言，为了提高数控机床的自动化程度，对车床夹持系统进行改造，添加桁架、机械手等外围辅助系统。针对一个生产节拍，由桁架或者机械手将工件送入夹持系统，夹紧，零件加工，夹持系统松开，机械手或桁架工作松卸工件，开始下一个节拍，如此循环。对于这样一个自动控制过程，关键除了CNC系统的精确运行外，夹持系统的夹紧和松开时机也是十分重要的，这又是如何通过PLC系统实现的呢？首先，数控车床夹持系统选择液压自动三爪卡盘或者液压前推式夹头，然后用户自行定制M辅助功能代码，写入PLC程序，在NC程序中指定特定的M代码，数控系统执行到该代码时，将信号输入给PLC，PLC对特定的继电器发出信号，从而控制液压系统电磁阀的开闭，进而使自动夹持系统夹紧或者松开，以此实现对工件的自动夹紧或者松开功能。

总结：

随着PLC在数控机床控制系统中越来越广泛和深入的应用，数控机床的自动化程度越来越高，工人操作对数控机床运行的影响也越来越小，从而提高数控机床的加工精度和加工效率。在数控机床对国家工业影响逐步增加的背景下，应该深挖PLC在数控机床控制系统，特别是电气控制系统中的应用，从而提高国家数控机床产业的发展水平。

参考文献

[1]倪涛轶.数控机床PLC控制技术[J].内燃机与配件，2018（17）：245-247.

[2]童群.基于PLC机电一体化技术在数控机床中的应用探讨[J].中国设备工程，2018（17）：180-181.

[3]李纪明.PLC在数控机床中的自动化控制应用[J].农家参谋，2018（13）：219.

（作者单位：沈机（上海）智能系统研发设计有限公司）