數控設備是技術密集型和知識密集型的機、電一體化產品，其技術先進、結構復雜、價格昂貴，隨著生產企業(yè)規(guī)模的不斷擴大及設備自動化程度的不斷提高，數控車間里所用的數控設備種類和數量也在不斷增加。要想更好地利用數控機床，就必須對數控機床的結構功能及系統有充分的了解。數控機床的動作控制通常由兩種方式來實現：一種是通過CNC系統(專用計算機)的數字信息來控制，即“數字控制”，如數控機床工作臺的前、后、左、右移動，主軸箱的上、下移動和圍繞某一直線軸的旋轉運動位移量等。這些控制是用插補計算出的理論位置與實際反饋位置比較后得到的差值對伺服進給電機進行控制而實現的。這種控制的核心是保證實現被加工零件的輪廓，即除點位加工外，各個軸的運動時刻都必須保持嚴格的比例關系；另一種是在數控機床運行過程中，以CNC系統內部和機床上各行程開關、傳感器、按鈕、繼電器等開關量信號的狀態(tài)為條件，并按照預先規(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、潤滑系統的運行控制。這一類動作的控制主要是進行開關量信號的順序控制，一般由PLC來完成。

1 PLC程序在數控機床上的應用

　　PLC為可編程控制器．在數控機床上所使用的PLC也稱作PMC。它有以下優(yōu)點：響應快?？刂凭雀?，可靠性好，控制程序可隨應用場合的不同而改變，與計算機的接口及維修方便。通常，數控機床上所使用的PLC程序包括系統程序和用戶程序。其中系統程序包括監(jiān)控程序、編譯程序及診斷程序等，由PLC生產廠家提供，并固化在EPROM中，用戶不能直接存取，也不需要用戶干預。麗用戶程序是用戶根據現場控制的需要，用PLC程序語言編制的應用程序，用以實現各種控制要求。常用的PLC程序設計語言主要有梯形囝、語句表、功能塊圖等。

　　由于數控機床很多執(zhí)行機構的動作都是通過PLC的控制指令來實現的，可以利用PLC對數控機床進行故障的快速檢測和維修，或者是通過修改、編寫PLC程序為數控機床增添某個可執(zhí)行動作或功能。

2 數控機床的安全控制設計

　　在使用數控機床的過程中作者發(fā)現：有些系統的機床在操作不當或因機床本身原因出現故障報警停機之后，需要消除報警并重新返回HOME點才能再次執(zhí)行程序，可是有些系統的機床在消除報警后并不需要返回HOME點就可以直接再次運行程序。后者雖然節(jié)省了一點時間，可是卻存在極大的安全隱患。某企業(yè)有一臺數控加工中心就出現過這樣的情況：某次執(zhí)行空運行時，產生了機床報警導致停機，操作工消除報警后未回HMOE點就再次運行空運轉程序，使主軸與夾具發(fā)生碰撞，造成主軸精度及動平衡超差，無法滿足設備加工的工藝要求。分析其原因：當機床在運行過程中報警停機之后，機床夾具及主軸的位置狀態(tài)已經發(fā)生了變化(不再是初始狀態(tài))，若是消除報警之后立即重新開始執(zhí)行后續(xù)程序，就很容易導致機床主軸誤動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．進一步提高設備本身的防錯能力，作者針對FUNUC系統加工中心設計了一個數控機床動作的安全控制程序，該程序的作用主要是保證在執(zhí)行加工程序或者空運行程序過程中發(fā)生了機床停機報警，在操作人員消除報警后，必須執(zhí)行回參考點的程序，如果不執(zhí)行回參考點程序使程序、設備的夾具、主軸、刀具等恢復到初始位置，機床將無法執(zhí)行加工程序或空運轉程序，這樣就有效避免了設備碰撞的可能性。

　　2.1 設計思路

　　為機床增加防錯功能以實現機床動作的安全控制是通過修改數控機床的PMC程序及機床自動運行的條件，增加機床啟動條件的限制，并在操作面板上增加循環(huán)啟動準備好指示燈(STEN—L)、返修指示燈(RECUTL)及返修鍵按鈕。具體方案是：

　　(1)設置的機床啟動條件：①x、y、z軸必須回到第二參考點，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)。機床必須同時滿足這4個條件才能夠執(zhí)行加工程序進行自動加工(STA—EN)。設計此限制條件的目的是使機床在發(fā)生報警后，必須先運行RETURN程序，待機床恢復至可以正常運行的狀態(tài)后，才在AUTO或者MEM模式下運行機床，防止程序從中間狀態(tài)啟動，引起機床碰撞。

　　(2)如果未滿足啟動條件，循環(huán)啟動準備好指示燈不亮時，按下[CYCLE START]按鍵，機床則產生“61．0 CYCLE START NOT REDAY，PLEASERETURN!”報警，提醒操作人員機床被禁止自動加工的原因及應該采取的措施。

　　(3)當有工件需要返修時，可能只需要執(zhí)行某個特定的程序段，此時可以接下返修鍵，返修指示燈亮后，即可進行返修工件的加工。在返修加工或單段加工模式下，設備不受“循環(huán)啟動準備好”條件的限制，可以循環(huán)啟動。

　　數控設備是技術密集型和知識密集型的機、電一體化產品，其技術先進、結構復雜、價格昂貴，隨著生產企業(yè)規(guī)模的不斷擴大及設備自動化程度的不斷提高，數控車間里所用的數控設備種類和數量也在不斷增加。要想更好地利用數控機床，就必須對數控機床的結構功能及系統有充分的了解。數控機床的動作控制通常由兩種方式來實現：一種是通過CNC系統(專用計算機)的數字信息來控制，即“數字控制”，如數控機床工作臺的前、后、左、右移動，主軸箱的上、下移動和圍繞某一直線軸的旋轉運動位移量等。這些控制是用插補計算出的理論位置與實際反饋位置比較后得到的差值對伺服進給電機進行控制而實現的。這種控制的核心是保證實現被加工零件的輪廓，即除點位加工外，各個軸的運動時刻都必須保持嚴格的比例關系；另一種是在數控機床運行過程中，以CNC系統內部和機床上各行程開關、傳感器、按鈕、繼電器等開關量信號的狀態(tài)為條件，并按照預先規(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、潤滑系統的運行控制。這一類動作的控制主要是進行開關量信號的順序控制，一般由PLC來完成。

1 PLC程序在數控機床上的應用

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

　　由于數控機床很多執(zhí)行機構的動作都是通過PLC的控制指令來實現的，可以利用PLC對數控機床進行故障的快速檢測和維修，或者是通過修改、編寫PLC程序為數控機床增添某個可執(zhí)行動作或功能。

2 數控機床的安全控制設計

　　在使用數控機床的過程中作者發(fā)現：有些系統的機床在操作不當或因機床本身原因出現故障報警停機之后，需要消除報警并重新返回HOME點才能再次執(zhí)行程序，可是有些系統的機床在消除報警后并不需要返回HOME點就可以直接再次運行程序。后者雖然節(jié)省了一點時間，可是卻存在極大的安全隱患。某企業(yè)有一臺數控加工中心就出現過這樣的情況：某次執(zhí)行空運行時，產生了機床報警導致停機，操作工消除報警后未回HMOE點就再次運行空運轉程序，使主軸與夾具發(fā)生碰撞，造成主軸精度及動平衡超差，無法滿足設備加工的工藝要求。分析其原因：當機床在運行過程中報警停機之后，機床夾具及主軸的位置狀態(tài)已經發(fā)生了變化(不再是初始狀態(tài))，若是消除報警之后立即重新開始執(zhí)行后續(xù)程序，就很容易導致機床主軸誤動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．進一步提高設備本身的防錯能力，作者針對FUNUC系統加工中心設計了一個數控機床動作的安全控制程序，該程序的作用主要是保證在執(zhí)行加工程序或者空運行程序過程中發(fā)生了機床停機報警，在操作人員消除報警后，必須執(zhí)行回參考點的程序，如果不執(zhí)行回參考點程序使程序、設備的夾具、主軸、刀具等恢復到初始位置，機床將無法執(zhí)行加工程序或空運轉程序，這樣就有效避免了設備碰撞的可能性。

　　2.1 設計思路

　　為機床增加防錯功能以實現機床動作的安全控制是通過修改數控機床的PMC程序及機床自動運行的條件，增加機床啟動條件的限制，并在操作面板上增加循環(huán)啟動準備好指示燈(STEN—L)、返修指示燈(RECUTL)及返修鍵按鈕。具體方案是：

　　(1)設置的機床啟動條件：①x、y、z軸必須回到第二參考點，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)。機床必須同時滿足這4個條件才能夠執(zhí)行加工程序進行自動加工(STA—EN)。設計此限制條件的目的是使機床在發(fā)生報警后，必須先運行RETURN程序，待機床恢復至可以正常運行的狀態(tài)后，才在AUTO或者MEM模式下運行機床，防止程序從中間狀態(tài)啟動，引起機床碰撞。

　　(2)如果未滿足啟動條件，循環(huán)啟動準備好指示燈不亮時，按下[CYCLE START]按鍵，機床則產生“61．0 CYCLE START NOT REDAY，PLEASERETURN!”報警，提醒操作人員機床被禁止自動加工的原因及應該采取的措施。

　　(3)當有工件需要返修時，可能只需要執(zhí)行某個特定的程序段，此時可以接下返修鍵，返修指示燈亮后，即可進行返修工件的加工。在返修加工或單段加工模式下，設備不受“循環(huán)啟動準備好”條件的限制，可以循環(huán)啟動。

　　2.2 梯形圖設計

　　按照前面的設計思路，在數控機床PMC程序中增加P110子程序，生成R2．7(STS．A)；其中循環(huán)啟動準備好指示燈信號輸出點為y15.1，返修鍵信號輸入點為X4.6，返修指示燈信號輸出點為Y4．6。相應的梯形圖如圖1示。

圖1安全控制功能梯形圖

3 結束語

　　數控機床是集計算機技術、PLC技術、自動化技術等于一身的機、電一體化產物，作為數控機床核心的控制系統直接關系到設備的正常運行，利用數控機床PLC的強大功能，可以充分發(fā)揮數控機床控制系統的作用，還可以為數控機床故障診斷及維修帶來極大的方便。作者為加工中心設計的防止機床發(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致機床主軸與夾具、工件發(fā)生碰撞的隱患，確保了生產的安全性，有良好的經濟效益。