數(shù)控設(shè)備是技術(shù)密集型和知識密集型的機(jī)、電一體化產(chǎn)品，其技術(shù)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴，隨著生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大及設(shè)備自動(dòng)化程度的不斷提高，數(shù)控車間里所用的數(shù)控設(shè)備種類和數(shù)量也在不斷增加。要想更好地利用數(shù)控機(jī)床，就必須對數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)功能及系統(tǒng)有充分的了解。數(shù)控機(jī)床的動(dòng)作控制通常由兩種方式來實(shí)現(xiàn)：一種是通過CNC系統(tǒng)(專用計(jì)算機(jī))的數(shù)字信息來控制，即“數(shù)字控制”，如數(shù)控機(jī)床工作臺的前、后、左、右移動(dòng)，主軸箱的上、下移動(dòng)和圍繞某一直線軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)位移量等。這些控制是用插補(bǔ)計(jì)算出的理論位置與實(shí)際反饋位置比較后得到的差值對伺服進(jìn)給電機(jī)進(jìn)行控制而實(shí)現(xiàn)的。這種控制的核心是保證實(shí)現(xiàn)被加工零件的輪廓，即除點(diǎn)位加工外，各個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)時(shí)刻都必須保持嚴(yán)格的比例關(guān)系；另一種是在數(shù)控機(jī)床運(yùn)行過程中，以CNC系統(tǒng)內(nèi)部和機(jī)床上各行程開關(guān)、傳感器、按鈕、繼電器等開關(guān)量信號的狀態(tài)為條件，并按照預(yù)先規(guī)定的邏輯順序，對諸如主軸的開停、換向，刀具的更換，工件的夾緊、松開。液壓、冷卻、潤滑系統(tǒng)的運(yùn)行控制。這一類動(dòng)作的控制主要是進(jìn)行開關(guān)量信號的順序控制，一般由PLC來完成。

1 PLC程序在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用

　　PLC為可編程控制器．在數(shù)控機(jī)床上所使用的PLC也稱作PMC。它有以下優(yōu)點(diǎn)：響應(yīng)快。控制精度高，可靠性好，控制程序可隨應(yīng)用場合的不同而改變，與計(jì)算機(jī)的接口及維修方便。通常，數(shù)控機(jī)床上所使用的PLC程序包括系統(tǒng)程序和用戶程序。其中系統(tǒng)程序包括監(jiān)控程序、編譯程序及診斷程序等，由PLC生產(chǎn)廠家提供，并固化在EPROM中，用戶不能直接存取，也不需要用戶干預(yù)。麗用戶程序是用戶根據(jù)現(xiàn)場控制的需要，用PLC程序語言編制的應(yīng)用程序，用以實(shí)現(xiàn)各種控制要求。常用的PLC程序設(shè)計(jì)語言主要有梯形囝、語句表、功能塊圖等。

　　由于數(shù)控機(jī)床很多執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作都是通過PLC的控制指令來實(shí)現(xiàn)的，可以利用PLC對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行故障的快速檢測和維修，或者是通過修改、編寫PLC程序?yàn)閿?shù)控機(jī)床增添某個(gè)可執(zhí)行動(dòng)作或功能。

2 數(shù)控機(jī)床的安全控制設(shè)計(jì)

　　在使用數(shù)控機(jī)床的過程中作者發(fā)現(xiàn)：有些系統(tǒng)的機(jī)床在操作不當(dāng)或因機(jī)床本身原因出現(xiàn)故障報(bào)警停機(jī)之后，需要消除報(bào)警并重新返回HOME點(diǎn)才能再次執(zhí)行程序，可是有些系統(tǒng)的機(jī)床在消除報(bào)警后并不需要返回HOME點(diǎn)就可以直接再次運(yùn)行程序。后者雖然節(jié)省了一點(diǎn)時(shí)間，可是卻存在極大的安全隱患。某企業(yè)有一臺數(shù)控加工中心就出現(xiàn)過這樣的情況：某次執(zhí)行空運(yùn)行時(shí)，產(chǎn)生了機(jī)床報(bào)警導(dǎo)致停機(jī)，操作工消除報(bào)警后未回HMOE點(diǎn)就再次運(yùn)行空運(yùn)轉(zhuǎn)程序，使主軸與夾具發(fā)生碰撞，造成主軸精度及動(dòng)平衡超差，無法滿足設(shè)備加工的工藝要求。分析其原因：當(dāng)機(jī)床在運(yùn)行過程中報(bào)警停機(jī)之后，機(jī)床夾具及主軸的位置狀態(tài)已經(jīng)發(fā)生了變化(不再是初始狀態(tài))，若是消除報(bào)警之后立即重新開始執(zhí)行后續(xù)程序，就很容易導(dǎo)致機(jī)床主軸誤動(dòng)作造成主軸與夾具或工件發(fā)生碰撞。為了避免因碰撞造成的不必要的工廢．進(jìn)一步提高設(shè)備本身的防錯(cuò)能力，作者針對FUNUC系統(tǒng)加工中心設(shè)計(jì)了一個(gè)數(shù)控機(jī)床動(dòng)作的安全控制程序，該程序的作用主要是保證在執(zhí)行加工程序或者空運(yùn)行程序過程中發(fā)生了機(jī)床停機(jī)報(bào)警，在操作人員消除報(bào)警后，必須執(zhí)行回參考點(diǎn)的程序，如果不執(zhí)行回參考點(diǎn)程序使程序、設(shè)備的夾具、主軸、刀具等恢復(fù)到初始位置，機(jī)床將無法執(zhí)行加工程序或空運(yùn)轉(zhuǎn)程序，這樣就有效避免了設(shè)備碰撞的可能性。

　　2.1 設(shè)計(jì)思路

　　為機(jī)床增加防錯(cuò)功能以實(shí)現(xiàn)機(jī)床動(dòng)作的安全控制是通過修改數(shù)控機(jī)床的PMC程序及機(jī)床自動(dòng)運(yùn)行的條件，增加機(jī)床啟動(dòng)條件的限制，并在操作面板上增加循環(huán)啟動(dòng)準(zhǔn)備好指示燈(STEN—L)、返修指示燈(RECUTL)及返修鍵按鈕。具體方案是：

　　(1)設(shè)置的機(jī)床啟動(dòng)條件：①x、y、z軸必須回到第二參考點(diǎn)，且A軸在90。狀態(tài)(STA—ENI)；②主軸上的刀具為初始刀具(T6)或者為空刀(T14)(STA—EN2)；③A軸處于夾緊狀態(tài)(STA—EN3)；④夾具處于松開狀態(tài)(STA—EN4)。機(jī)床必須同時(shí)滿足這4個(gè)條件才能夠執(zhí)行加工程序進(jìn)行自動(dòng)加工(STA—EN)。設(shè)計(jì)此限制條件的目的是使機(jī)床在發(fā)生報(bào)警后，必須先運(yùn)行RETURN程序，待機(jī)床恢復(fù)至可以正常運(yùn)行的狀態(tài)后，才在AUTO或者M(jìn)EM模式下運(yùn)行機(jī)床，防止程序從中間狀態(tài)啟動(dòng)，引起機(jī)床碰撞。

　　(2)如果未滿足啟動(dòng)條件，循環(huán)啟動(dòng)準(zhǔn)備好指示燈不亮?xí)r，按下[CYCLE START]按鍵，機(jī)床則產(chǎn)生“61．0 CYCLE START NOT REDAY，PLEASERETURN!”報(bào)警，提醒操作人員機(jī)床被禁止自動(dòng)加工的原因及應(yīng)該采取的措施。

　　(3)當(dāng)有工件需要返修時(shí)，可能只需要執(zhí)行某個(gè)特定的程序段，此時(shí)可以接下返修鍵，返修指示燈亮后，即可進(jìn)行返修工件的加工。在返修加工或單段加工模式下，設(shè)備不受“循環(huán)啟動(dòng)準(zhǔn)備好”條件的限制，可以循環(huán)啟動(dòng)。

　　數(shù)控設(shè)備是技術(shù)密集型和知識密集型的機(jī)、電一體化產(chǎn)品，其技術(shù)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴，隨著生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大及設(shè)備自動(dòng)化程度的不斷提高，數(shù)控車間里所用的數(shù)控設(shè)備種類和數(shù)量也在不斷增加。要想更好地利用數(shù)控機(jī)床，就必須對數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)功能及系統(tǒng)有充分的了解。數(shù)控機(jī)床的動(dòng)作控制通常由兩種方式來實(shí)現(xiàn)：一種是通過CNC系統(tǒng)(專用計(jì)算機(jī))的數(shù)字信息來控制，即“數(shù)字控制”，如數(shù)控機(jī)床工作臺的前、后、左、右移動(dòng)，主軸箱的上、下移動(dòng)和圍繞某一直線軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)位移量等。這些控制是用插補(bǔ)計(jì)算出的理論位置與實(shí)際反饋位置比較后得到的差值對伺服進(jìn)給電機(jī)進(jìn)行控制而實(shí)現(xiàn)的。這種控制的核心是保證實(shí)現(xiàn)被加工零件的輪廓，即除點(diǎn)位加工外，各個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)時(shí)刻都必須保持嚴(yán)格的比例關(guān)系；另一種是在數(shù)控機(jī)床運(yùn)行過程中，以CNC系統(tǒng)內(nèi)部和機(jī)床上各行程開關(guān)、傳感器、按鈕、繼電器等開關(guān)量信號的狀態(tài)為條件，并按照預(yù)先規(guī)定的邏輯順序，對諸如主軸的開停、換向，刀具的更換，工件的夾緊、松開。液壓、冷卻、潤滑系統(tǒng)的運(yùn)行控制。這一類動(dòng)作的控制主要是進(jìn)行開關(guān)量信號的順序控制，一般由PLC來完成。

1 PLC程序在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用

　　PLC為可編程控制器．在數(shù)控機(jī)床上所使用的PLC也稱作PMC。它有以下優(yōu)點(diǎn)：響應(yīng)快。控制精度高，可靠性好，控制程序可隨應(yīng)用場合的不同而改變，與計(jì)算機(jī)的接口及維修方便。通常，數(shù)控機(jī)床上所使用的PLC程序包括系統(tǒng)程序和用戶程序。其中系統(tǒng)程序包括監(jiān)控程序、編譯程序及診斷程序等，由PLC生產(chǎn)廠家提供，并固化在EPROM中，用戶不能直接存取，也不需要用戶干預(yù)。麗用戶程序是用戶根據(jù)現(xiàn)場控制的需要，用PLC程序語言編制的應(yīng)用程序，用以實(shí)現(xiàn)各種控制要求。常用的PLC程序設(shè)計(jì)語言主要有梯形囝、語句表、功能塊圖等。

　　由于數(shù)控機(jī)床很多執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作都是通過PLC的控制指令來實(shí)現(xiàn)的，可以利用PLC對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行故障的快速檢測和維修，或者是通過修改、編寫PLC程序?yàn)閿?shù)控機(jī)床增添某個(gè)可執(zhí)行動(dòng)作或功能。

2 數(shù)控機(jī)床的安全控制設(shè)計(jì)

　　在使用數(shù)控機(jī)床的過程中作者發(fā)現(xiàn)：有些系統(tǒng)的機(jī)床在操作不當(dāng)或因機(jī)床本身原因出現(xiàn)故障報(bào)警停機(jī)之后，需要消除報(bào)警并重新返回HOME點(diǎn)才能再次執(zhí)行程序，可是有些系統(tǒng)的機(jī)床在消除報(bào)警后并不需要返回HOME點(diǎn)就可以直接再次運(yùn)行程序。后者雖然節(jié)省了一點(diǎn)時(shí)間，可是卻存在極大的安全隱患。某企業(yè)有一臺數(shù)控加工中心就出現(xiàn)過這樣的情況：某次執(zhí)行空運(yùn)行時(shí)，產(chǎn)生了機(jī)床報(bào)警導(dǎo)致停機(jī)，操作工消除報(bào)警后未回HMOE點(diǎn)就再次運(yùn)行空運(yùn)轉(zhuǎn)程序，使主軸與夾具發(fā)生碰撞，造成主軸精度及動(dòng)平衡超差，無法滿足設(shè)備加工的工藝要求。分析其原因：當(dāng)機(jī)床在運(yùn)行過程中報(bào)警停機(jī)之后，機(jī)床夾具及主軸的位置狀態(tài)已經(jīng)發(fā)生了變化(不再是初始狀態(tài))，若是消除報(bào)警之后立即重新開始執(zhí)行后續(xù)程序，就很容易導(dǎo)致機(jī)床主軸誤動(dòng)作造成主軸與夾具或工件發(fā)生碰撞。為了避免因碰撞造成的不必要的工廢．進(jìn)一步提高設(shè)備本身的防錯(cuò)能力，作者針對FUNUC系統(tǒng)加工中心設(shè)計(jì)了一個(gè)數(shù)控機(jī)床動(dòng)作的安全控制程序，該程序的作用主要是保證在執(zhí)行加工程序或者空運(yùn)行程序過程中發(fā)生了機(jī)床停機(jī)報(bào)警，在操作人員消除報(bào)警后，必須執(zhí)行回參考點(diǎn)的程序，如果不執(zhí)行回參考點(diǎn)程序使程序、設(shè)備的夾具、主軸、刀具等恢復(fù)到初始位置，機(jī)床將無法執(zhí)行加工程序或空運(yùn)轉(zhuǎn)程序，這樣就有效避免了設(shè)備碰撞的可能性。

　　2.1 設(shè)計(jì)思路

　　為機(jī)床增加防錯(cuò)功能以實(shí)現(xiàn)機(jī)床動(dòng)作的安全控制是通過修改數(shù)控機(jī)床的PMC程序及機(jī)床自動(dòng)運(yùn)行的條件，增加機(jī)床啟動(dòng)條件的限制，并在操作面板上增加循環(huán)啟動(dòng)準(zhǔn)備好指示燈(STEN—L)、返修指示燈(RECUTL)及返修鍵按鈕。具體方案是：

　　(1)設(shè)置的機(jī)床啟動(dòng)條件：①x、y、z軸必須回到第二參考點(diǎn)，且A軸在90。狀態(tài)(STA—ENI)；②主軸上的刀具為初始刀具(T6)或者為空刀(T14)(STA—EN2)；③A軸處于夾緊狀態(tài)(STA—EN3)；④夾具處于松開狀態(tài)(STA—EN4)。機(jī)床必須同時(shí)滿足這4個(gè)條件才能夠執(zhí)行加工程序進(jìn)行自動(dòng)加工(STA—EN)。設(shè)計(jì)此限制條件的目的是使機(jī)床在發(fā)生報(bào)警后，必須先運(yùn)行RETURN程序，待機(jī)床恢復(fù)至可以正常運(yùn)行的狀態(tài)后，才在AUTO或者M(jìn)EM模式下運(yùn)行機(jī)床，防止程序從中間狀態(tài)啟動(dòng)，引起機(jī)床碰撞。

　　(2)如果未滿足啟動(dòng)條件，循環(huán)啟動(dòng)準(zhǔn)備好指示燈不亮?xí)r，按下[CYCLE START]按鍵，機(jī)床則產(chǎn)生“61．0 CYCLE START NOT REDAY，PLEASERETURN!”報(bào)警，提醒操作人員機(jī)床被禁止自動(dòng)加工的原因及應(yīng)該采取的措施。

　　(3)當(dāng)有工件需要返修時(shí)，可能只需要執(zhí)行某個(gè)特定的程序段，此時(shí)可以接下返修鍵，返修指示燈亮后，即可進(jìn)行返修工件的加工。在返修加工或單段加工模式下，設(shè)備不受“循環(huán)啟動(dòng)準(zhǔn)備好”條件的限制，可以循環(huán)啟動(dòng)。

　　2.2 梯形圖設(shè)計(jì)

　　按照前面的設(shè)計(jì)思路，在數(shù)控機(jī)床PMC程序中增加P110子程序，生成R2．7(STS．A)；其中循環(huán)啟動(dòng)準(zhǔn)備好指示燈信號輸出點(diǎn)為y15.1，返修鍵信號輸入點(diǎn)為X4.6，返修指示燈信號輸出點(diǎn)為Y4．6。相應(yīng)的梯形圖如圖1示。

圖1安全控制功能梯形圖

3 結(jié)束語

　　數(shù)控機(jī)床是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、PLC技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)等于一身的機(jī)、電一體化產(chǎn)物，作為數(shù)控機(jī)床核心的控制系統(tǒng)直接關(guān)系到設(shè)備的正常運(yùn)行，利用數(shù)控機(jī)床PLC的強(qiáng)大功能，可以充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)的作用，還可以為數(shù)控機(jī)床故障診斷及維修帶來極大的方便。作者為加工中心設(shè)計(jì)的防止機(jī)床發(fā)生碰撞的安全控制功能，有效消除了因操作人員的失誤導(dǎo)致機(jī)床主軸與夾具、工件發(fā)生碰撞的隱患，確保了生產(chǎn)的安全性，有良好的經(jīng)濟(jì)效益。