探讨PLC机械加工数控机床的改造技术.pdf

141 Vol.40,No.1January,2024第 40 卷第 1 期2024 年 1 月IT REPORT0 引言近年来，随着人力资源开销的逐渐增加，针对需要反复进行并且工作条件并非适合员工长期工作的地方，若能实现装卸料等工作的自动化，可以显著地增强劳动生产的效益。利用数控机床的自动化处理实验台作为基础，将特定部分的处理作为目的，通过对数控设备的升级，探索数控机床的自动化处理技术。同时，利用总线控制平台实时监督和管理设备，从而解决现有的一些问题。1 PLC 技术概述1.1 概念PLC 也被称为“可编程逻辑控制器”，是通过编程存探讨 PLC 机械加工数控机床的改造技术邓毅（桂林师范高等专科学校，广西桂林541199）摘要：PLC 技术在处理数控机床的管理上，比起传统的数据控制方法，更倾向于通过逻辑推理和运算，从而增强机械设备的运行效率，同时也能获得更大的经济收益。在工业制造行业，PLC 机械加工数控机床改造技术的重要性日益凸显。提高了制造设计的弹性，能够用更少的劳动力实现更好的效果，所以应该被积极地推广。因此，本文对于 PLC技术进行阐述，介绍相关系统工作机制，提出 PLC 机械加工数控机床改造技术的具体应用。关键词：PLC；机械加工；数控机床中图分类号：TG659文献标志码：A文章编号：1672-4739（2024）01-0141-03Exploring the Transformation Technology of PLC Mechanical Processing CNC Machine Toolsharpstone（Guilin Normal College,Guilin 541199,China）Abstract：In the management of CNC machine tools,PLC technology is more inclined to enhance the operational efficiency of mechanical equipment through logical reasoning and computation compared to traditional data control methods,while also obtaining greater economic benefits.In the industrial manufacturing industry,the importance of PLC machining and CNC machine tool transformation technology is increasingly prominent.Improving the flexibility of manufacturing design can achieve better results with less labor,so it should be actively promoted.Therefore,this article elaborates on PLC technology,introduces the working mechanism of relevant systems,and proposes the specific application of PLC mechanical machining CNC machine tool transformation technology.Keywords：PLC；mechanical processing；numerical control machine储器来实现，并在其内部软件中执行一些针对用户的指令，如调整时间、进行逻辑运算、进行算术和计数等。在实际的生产流程中，经常使用模拟和数字化的输出/输入策略，管理生产流程和设备。近年来，PLC 自动控制系统的使用已经逐步渗透到各个领域，许多公司正在积极地优化生产流程，同时也在努力提升自动控制品质，以此推动自动化的发展。特别是在对数控设备进行升级改造的过程中，PLC 技术的运用越来越广泛。1.2 工作原理操作可编程逻辑控制器的过程与对微型电脑的扫描过程有所不同，主要涵盖三个环节：输入提取、用户程序的运作以及输出更新。PLC 首要的任务是对输入的数据和状况进行逐项检查，然后将其储存1。在该过程中，即使数据或状态有所改动，也无法对现有的存储设备的信息产生任何干扰。在用户操作阶段，PLC 将根据梯形图的准则，遵循由左至右、由高至低的次序，对控制电缆的逻辑运算进行操作，同时根据检测到的数值来调整其合适的位置。一个扫描周期结束，可编程逻辑控制器就会开始下一个阶段的操作。在这个阶段，CPU 会根据映射区的相应信息收稿日期：2023-12-29作者简介：邓毅（1974.01-），男，汉族，广西桂林人，高级讲师，本科，研究方向：智能制造。基金项目：桂林师范高等专科学校第二批“课程思政”教育教学改革示范课程（JG202009）142 Vol.40,No.1January,2024第 40 卷第 1 期2024 年 1 月IT REPORT和情况更新并发布，而 PLC 也会发布结果。2 PLC 机械加工数控机床的改造技术优势经过数控机床技术改造，可以再次使用已经存在的数控设备，从而减少设备的开销，并且达到与当前市场上的自动化切割设备一样的效果。设备的全权操作系统是根据用户的交互界面进行构建，可以对设备的工作情况以及操作过程进行即时的检查与管理。机器人工作表现出稳定性与可靠性，能够进行无疲劳的工作，使得该平台具备极高的精确性，能迅速地进行物料的移动和抓取，从而加强了生产的准确性，并且有效地减少不达标产品的数量，提升了产品的整体质量2。在传统机床生产过程中，数控机床承载的处理任务大约占据了设备生产任务的 45%65%，此机床和相关改造策略对于规模较小的数控设备公司而言，具有极高的实际运用价值，能够应用于各数控机床，并且能够根据企业的特殊需求进行调整，这项技术汇集了如机械驱动、微型电子、传感器检测、PLC 控制、网络交流以及 CCD 视觉系统的图像处理等多种技术。PLC 是可编程控制器的组成部分，其主要职责是调整各个模块和它们之间的微处理任务。利用西门子IOMODBUS，PLC 可以进行分布式的互联控制。3 系统介绍PLC 可以被划分为两种类别，独立型 PLC 与内置型PLC。对于内置型 PLC，包括 CNC 设备，且能够融合不同类型设备，设备信息都会被集成到 CNC 设备中。CNC的 I/0 接口与其他类型 PLC 一样，都是依赖于 CNC 内部的 I/0 接口，并非独立运行。另一种 PLC 的软硬件配置更为完善，能够满足系统对全部任务的独立处理要求。PLC 主要由存储器和 CPU 构成，其中 CPU 是 PLC构成中最关键的部分。PLC 内部的一些相关程序、功能菜单、系统指令、键盘操作以及一些设备内部的固定硬件程序，还有一些常规用户不会接触到的程序，都是系统存储器的主要功能。另一方面，用户存储器的主要职责是储存用户的相关数据和浏览过程的程序。4 系统实现4.1 操作注意事项4.1.1 协调好定位速度和精度关系步进式发动机的振动频次与其运作速度存在着密切的联系，即振动频次的增加意味着发动机的运作速度将提升。然而，如果振动能量过大，那么将不能确保整个系统的精度。所以，如何在提升精确性的同时，确保在定位过程中所需的时间不过多，是一个既困难又迫切希望找到解决方案的问题。4.1.2 在线修改可变控制参数当 PLC 被应用于点位控制，操作人员不仅希望观察到其变动，而且希望能够立即对其进行实质性的调整，但问题的关键在于，过去的编程都具有其特定的程序，通常，如果用户未经过充分的预备不能自由地更改。PLC 的数字展示功能尚未达到理想状态，尽管通过软件与按钮的协同，用户可以方便地进行编程调整，但无法达实际的应用要求，由于运行和数据更新的进程还有待加快，所需投入成本也会相应增加。因此，有必要探寻其他简单高效的方法实现PLC 可变控制参数的在线调整3。4.1.3 减少无谓的错误与偏差步进电机，因其 PLC 驱动的卓越数字化运行特性，现在已经被广泛应用在数控系统的定位任务中。PLC 对步进电机的闭环操作部分，具备的优势在于能够生成特定频率的电流，从而增强系统的平衡度，并能够显著地减少并精简系统的硬件构造。步进电机驱动的实际运用中，需要确保其工作频率和转速都相对较低，防止步进产生失误或者偏离。4.2 完成控制方案4.2.1 将定位过程划分为不同的两个阶段1）在粗定位阶段，可以选择更高的脉冲能量，这是因为在定位过程中，刀具与目标物体之间有一定距离。一般来说，会选择 0.1mm 步或 1mm 步。2）在精定位阶段，当需求与实际情况存在较大偏差时，会优先使用较高的脉冲当量去测量工具或接触工作台。为了达到设计标准，会将这些步骤完成，并转变为较低的脉冲当量，以此正式步入精确定位的环节。实际操作方法是保持转速稳定，逐步接近预定的工作区域，重点在于缓慢，这决定是否可以实现预定的目标。由于存在两个独立的处理流程，因此在执行时，必须适当地控制旋转的速率，需要两套或更多的调整设备。在上述提到的粗定位阶段，应该使用更高的速率，而当进入精定位阶段，则应该降低旋转的速率。4.2.2 应用功能指令负责实现 BCD 码拨盘的数据输入目前，随着科学技术的发展，PLC 不仅具备众多的操作指令，同时达到了执行顺序指令的标准。一般来说，十进制的拨盘输入设备是计算机操作系统的常见形式，也就是 BCD 码数据拨盘，这种设备能够直接对 PLC 的操作系统产生影响，既无须额外的电源，也大大减少了 PLC 的输入端口。其主要的优势就是融入先进的操作命令，使得数据库的实时更新和移除变得更为方便。每次调整拨盘的方向总是可能对系统产生某种程度的误差，因此在每次调整完成后，需要再次输入相关信息，以保证信息的精确度。只有等待所有的拨盘都已经安装好并启动工作，这样获得的信息才能被 PLC 进行阅读与处理。4.2.3 软硬件的编码和解码PLC 的数字化构建能够通过软件编程和硬件解析的手段完成，原因在于采取显示系统能够达到压缩输入位置的真正需求。比如，如果数据库中有 9 个或更少的故障问题，可以使用 8-4 软件编码和 4-8 硬件解码，这样就能将问题点减少到 4 个，从而进一步缩短检测周期。4.2.4 外部元件的自主检测实际上 PLC 控制系统的故障并非来自其内置的固定 143 Vol.40,No.1January,2024第 40 卷第 1 期2024 年 1 月IT REPORT装置，而是因为那些具有不确定性的外部因素引发。通常，按键或者开关的连接处的熔融与氧化现象是普遍存在的外在问题，有可能导致系统的短路与断线。在外部组件遇到故障的情况下系统能够自我激活声音和光线警告设备，精确且详细地展示出故障信息，这对检察工作者来说，能够帮助他们更迅速地找出并处理问题。5 PLC 机械加工数控机床改造技术的具体应用5.1 数控机床中的组合机床控制的应用一般来说，组装式机械设备都配备了多个移动部件，例如主轴、供料轴和旋转轴。PLC 技术能够对这些部件进行协同操作。PLC 控制器能够借助于编制的控制流程与运动控制模块，对所有轴进行有效的配合，从而实现根据设定的生产流程和速率的一致性操作。PLC 技术可以进行生产流程的转变控制。通过创建控制流程和配置生产参数，PLC 控制器能够自主转变各种生产方法，并对机床的运行情况及其参数进行适当的调节。通常，组合机床被用来处理各种复杂的零件，例如曲面和螺旋。PLC 技术能够帮助进行这些复杂零件的处理和控制4。PLC 控制器能够利用编制的控制流程和插补算法来操控所有的轴的移动，从而达到对复杂形态的处理途径及其速率的控制。通常，组合式机床需要更换各种刀具，并对其进行调整，以满足各种加工需求。PLC 技术能够执行刀具的更替和自动调整的操作。PLC 控制器能够借助编制的控制流程和利用传感器来检查刀具的位置，从而能够自主地辨认出所需的刀具，同时也能够进行刀具的转移和补充的自我管理。5.2 数控机床中的机械设计应用PLC 技术能够准确地操作机床的动态系统。在进行机械设计时，必须注意到传动装置、伺服驱动器、动态轴等部分的选择与配置，还有动态参数的规划。利用 PLC 控制器的活动控制部分，能够创建控制代码来控制位置、速度及加速度，进一步保证了机器的准确移动。在机械系统的构建过程中，需要合理选择传感器来检查机床的运作情况以及工件参数。这些传感器的类别以及放置地点必须与PLC 控制系统相匹配，同时也应具备即时收集和分发信息的功能。PLC 技术具备实时监控和反馈的能力，能够通过传感器获取机床的振动、温度、负载等数据。在机械设计过程中，这些反馈信息可以用于优化机械结构。在机械设计的过程中，必须注意到工具的布局以及工件与机床结构的安全距离。基于建立碰撞侦察算式和防护程序，能够在机床操作的同时，及时发现潜在的冲突危险，从而做出安全的暂停操作或者发出警告。5.3 数控机床中的自动控制技术应用利用 PLC 技术，能够自动控制数控机床的制造流程。按照制造流程的需求，创建控制代码并配置相关参数，PLC 控制器能够自我控制切割速率、推送速率、刀具修正等指标，从而实现制造成果与质量。在数控机床中经常需要利用各种刀具进行各种形式的处理。PLC 技术能够帮助操作自动切削系统。PLC 控制器能够借助编制的控制流程和利用传感器来确定刀具的具体位置，从而能够自主地辨认出所需的刀具，并且能够操控刀库及切换装置，从而实现刀具的自动替换。数控机床加工过程中，如果刀具出现磨损或工件发生了变化，都有可能引发生产错误。而 PLC 技术则有助于进行自动修补和调整。PLC 控制器能够通过检测生产错误并采用补偿算法，自动调整生产流程，从而达到对生产错误的自我修正。PLC技术也能够自动控制机床的运行参数5。PLC 控制器能够通过传感器获取机床和工件的实时状态数据，并依据预定的控制策略，自动调整运动速度、切削参数、冷却液供应等因素，实现加工过程的自动化调整和优化。利用配备传感器对所有组成配件状况进行实时跟踪，PLC 控制器能够根据预先规划的程序对故障进行识别与应对，从而确保机床的安全性与稳定性。6 结论随着工业化程度的不断发展，对于产品质量与制造效能的需求也在不断上涨，因此主动进行科技创新已成为推动数控机床自动化发展的核心。但由于数控机床其操作与管理的繁琐性，也对于工作效能产生了某种程度的影响。PLC 技术的使用已经成功地解决了这个难题，应当积极推动改造技术在数控设备中的应用，提高生产效率，减少人力投入。参考文献：1胡丞熙.基于 PLC 技术的高精度数控机床加工轨迹控制方法J.数字技术与应用,2022,40(11):43-45+57.2刘洋.浅谈 PLC 机械加工数控机床改造技术J.电子测试,2015(21):153+130.3范凤娥,阮启伟,余成良.多轴数控机床的加工程序设计及PLC报警原因分析 J.机械制造与自动化,2015,44(02):118-122.4宋耿.基于 PLC 数控电解加工机床的应用分析J.数字技术与应用,2013(01):20.5汪三飞.五轴数控电解加工机床集成控制系统开发及运动性能分析D.江苏大学,2019.