為了保證數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行安全，機(jī)床的每個(gè)直線軸都配有限位。數(shù)控機(jī)床的限位可分為硬限位與軟限位兩種，硬限位是伺服軸運(yùn)動(dòng)超程的最后一道防護(hù)，越過硬限位后的很短距離就到達(dá)機(jī)械硬限位。由于伺服系統(tǒng)功率很大，一旦撞上機(jī)械硬限位，就有可能造成機(jī)件的損壞，這是不允許的。而硬限位又有兩種方式：雙開關(guān)硬限位和單開關(guān)硬限位。本文主要針對(duì)VMCl000數(shù)控加工中心更換電氣系統(tǒng)的項(xiàng)目，采用PLC技術(shù)對(duì)硬限位問題給予了解決，并對(duì)這兩種限位方式做了詳細(xì)的分析與敘述。

1 設(shè)計(jì)思路

　　項(xiàng)目機(jī)床為早期生產(chǎn)的VMCl000數(shù)控加工中心，原系統(tǒng)為AB公司早期系統(tǒng)，而此次項(xiàng)目方案中使用的是KND公司生產(chǎn)的1000M11型開放式數(shù)控系統(tǒng)。由于原機(jī)床采用的限位方式為單開關(guān)限位形式，即限位是由限位開關(guān)信號(hào)加方向信號(hào)組合判斷的。而在KND公司提供的1000MII型系統(tǒng)的PLC中處理限位的方式為常用的雙開關(guān)限位，即正負(fù)限位各用一個(gè)開關(guān)，不需要方向信號(hào)的參與。故在此提出兩種解決方案。

　　1.1 方案一

　　原理圖如圖1所示，將原來(lái)的單開關(guān)限位方式更換為雙開關(guān)限位，加裝三聯(lián)限位(包括回零)開關(guān)、限位塊和滑槽等。

　　1.2 方案二

　　原理圖如圖2所示，不更改原限位開關(guān)，將新系統(tǒng)的PLC梯形圖進(jìn)行修改。

　　1.3 方案選擇

　　經(jīng)過分析，由于原機(jī)床的限位開關(guān)完好，且x向處于防護(hù)罩和工作臺(tái)之間，y向位于工作臺(tái)底部，z向位于z向?qū)к墐?nèi)側(cè)，所在位置都為狹窄空腔。如果在該位置進(jìn)行改造需要對(duì)工作臺(tái)進(jìn)行拆裝，施工不易且代價(jià)高，還會(huì)延長(zhǎng)項(xiàng)目工期，其它地方經(jīng)過分析論證也不宜安裝。最后決定采用第二方案，且第二種方案不增加機(jī)械安裝量，只對(duì)電氣部分的軟件PLC梯形圖進(jìn)行更改。因此必須對(duì)該系統(tǒng)電氣部分的軟件處理方式進(jìn)行分析。從而保證改造后與改造前性能一致。

2 雙開關(guān)限位電路與梯形圖功能分析

　　由于此變更電氣系統(tǒng)項(xiàng)目所用的新系統(tǒng)為KND公司生產(chǎn)的1000MII型開放式數(shù)控系統(tǒng)，根據(jù)上述方案的選擇知需對(duì)此數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的修改才能適應(yīng)此項(xiàng)目的限位設(shè)計(jì)，故有必要在這先介紹修改前新系統(tǒng)限位工作的原理，包括其外部電路圖與梯形圖原理。

　　2.1 外部接線原理圖

　　KND公司生產(chǎn)的1000MII型開放式數(shù)控系統(tǒng)雙開關(guān)限位外部接線原理圖如圖3所示，+24V經(jīng)過熔斷器分別與限位開關(guān)相連，然后與數(shù)控系統(tǒng)DI相連接。將機(jī)床的限位信號(hào)送入數(shù)控系統(tǒng)。每個(gè)軸的限位信號(hào)有兩路，一路為正限位信號(hào)，一路為負(fù)限位信號(hào)。

圖3 1000MII型數(shù)控系統(tǒng)雙開關(guān)限位外部接線原理圖

2.2 梯形圖分析

　　對(duì)KND系統(tǒng)隨機(jī)梯形圖進(jìn)行分析，如圖4所示，信號(hào)X0.4、X0.6、X1.4、X1.6、X3.7、X2.6分別為X、Y、Z三個(gè)軸的限位輸入信號(hào)(外電路均為常閉點(diǎn))。K0．4為限位檢查參數(shù)，當(dāng)K0.4=0時(shí)檢查硬限位，當(dāng)K0.4=1時(shí)不檢查硬限位。G信號(hào)G0.0、G0.1、G1.0、G1.1、G2.0、G2.1為PLC運(yùn)算結(jié)果送給NC的信號(hào)，為1時(shí)報(bào)警。下面以x軸為例：當(dāng)正限位X0.4=1，K0.4=0時(shí)G0.0=0，系統(tǒng)不報(bào)警，當(dāng)擋塊隨工作臺(tái)移動(dòng)并壓住開關(guān)時(shí)X0.4=0，G0.0=l，機(jī)床報(bào)警為正限位報(bào)警且x軸停止正向移動(dòng)。但此時(shí)x軸負(fù)向以及其它方向仍可移動(dòng)。要解除限位報(bào)警可先負(fù)向移動(dòng)x軸至擋塊離開開關(guān)，使X0.4=1，此時(shí)按系統(tǒng)面板的復(fù)位鍵即可解除正限位報(bào)警。

圖4 1000MII型開放式數(shù)控系統(tǒng)雙開關(guān)限位梯形圖

3 單開關(guān)限位電路與梯形圖設(shè)計(jì)

　　根據(jù)項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)，KND公司的1000MII型開放式數(shù)控系統(tǒng)需由原來(lái)的雙開關(guān)限位改為單開關(guān)限位，同時(shí)需修改其相應(yīng)的梯形圖。所做的具體修改介紹如下。

　　3.1 外部電路設(shè)計(jì)

　　根據(jù)所選方案設(shè)計(jì)外部電路圖如圖5所示。新設(shè)計(jì)的輸入電路中每個(gè)軸只需一路限位信號(hào)，與雙開關(guān)限位電路相比，開關(guān)數(shù)量減少一半。各軸輸入信號(hào)并不區(qū)分是正限位還是負(fù)限位。

圖5 新設(shè)計(jì)的單開關(guān)限位外部電路圖

　　3.2 梯形圖設(shè)計(jì)

　　如圖6所示，原梯形圖x軸正負(fù)限位信號(hào)輸入點(diǎn)為X0.4、X0.6，現(xiàn)改為單開關(guān)后僅使用X0.4輸入點(diǎn)。其中F8.0為脈沖方向，該信號(hào)是由NC給出。當(dāng)脈沖方向?yàn)檎龝r(shí)，F(xiàn)8.0=0。當(dāng)脈沖方向?yàn)樨?fù)時(shí)，F(xiàn)8.0=1。圖中僅畫出了X向限位，Y軸、Z軸同理?，F(xiàn)以機(jī)床x向正限位報(bào)警和解除為例進(jìn)行分析，當(dāng)x軸正向進(jìn)給時(shí)F8.0=0、X0.4=1、G0.1=0、K0.4=0、G0.0=0，當(dāng)碰觸到正向限位擋塊A時(shí)X0.4=0，此時(shí)G0.0=1，系統(tǒng)正限位報(bào)警。復(fù)位時(shí)先x軸負(fù)向進(jìn)給，此時(shí)F8.0=1，但由于GO．0的自鎖使得G0.0仍舊等于1，此時(shí)按復(fù)位鍵仍不能消除報(bào)警，直到擋塊完全離開開關(guān)使得X0.4=1，G0.0=0時(shí)，按復(fù)位鍵方可接觸報(bào)警。其中由于機(jī)床不可能在一個(gè)軸上同時(shí)正負(fù)限位都報(bào)警，因此在進(jìn)行X負(fù)軸向運(yùn)動(dòng)剛開始的一小段時(shí)間或者說在擋塊還未完全離開開關(guān)的時(shí)候在邏輯上應(yīng)該禁止x軸向負(fù)限位報(bào)警，梯形圖中對(duì)G0.0和G0.1做互鎖處理。機(jī)床x軸負(fù)限位以及，，軸、z軸正負(fù)限位報(bào)警的梯形圖分析和設(shè)計(jì)方法均與正限位同理。

圖6新設(shè)計(jì)的限位梯圖

4 結(jié)束語(yǔ)

　　本設(shè)計(jì)采用機(jī)床PLC對(duì)VMCl000立式數(shù)控Jjn-r中心電氣系統(tǒng)更換項(xiàng)目中的的硬限位處理進(jìn)行了改造，適應(yīng)了機(jī)床的原有硬件配置，降低了改造的難度、減少了機(jī)械加工量。經(jīng)過機(jī)床調(diào)試，

　　功能完全與改造前一致，操作性強(qiáng)，充分體現(xiàn)了機(jī)床PLC在控制應(yīng)用中接線簡(jiǎn)單、編程靈活、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)理論教學(xué)以及實(shí)際的工程設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。