現代許多機電行業己廣泛運用定位單元進行控制，如X-Y工作臺控制、回轉工作臺控制、進給控制、同步進給控制、輥道送進控制、復雜軌道運動控制等。究其控制形式主要有直線插補、圓弧插補、等速軌道控制、高速高精度軌道運算、速度切換控制、速度、位置控制、定尺送進等。所有這些控制要求都可以采用不同檔次的PLC有關控制單元或模塊構成系統，以求得技術上先進、經濟上合理的解決力一案。

　　作者利用日本三菱電機公司的 PLC定位控制單元，開發了特形而數控刨床數控系統。

1 特形面數控刨床及其驅動系統

　　數控刨床加工對象為由圓弧、直線和過渡圓角形成的特形而，帶有一定的錐度:即由一定的錐而和剎而組成，該持形而沿軸線力一向的發生線仍是直線，不同于一般的三維曲而。加工時，刀具作快速直線運動來掃描工件表而，就可加工出模板特形而，采用刨削加工，既能用簡單刀具實現高效切削(與銑床力一式相比)，又能簡化機床結構。數控刨床工作循環與普通刨床相同，即間歇進給一刨削行程一返回行程，不同的是要求X(刨銷力一向)、y(水平進給力一向),Z(垂直進給力一向)三小標聯動。

　　以加工錐而為例，設從大頭刨到小頭，如圖1所示，間歇進給時，Y,Z兩力一向作圓弧插補移動一個進給量F(mm),刨削行程時，X,Y,Z需同時運動，各個運動速度必須滿足下列關系:

　　式(1)中，Vx,Vy,Vz為三個小標力一向刀具一工件的相對運動速度;Y,Z為切削起點位置相對圓心的小標;α為切削起點位置法線力一向與Y軸的夾角;R為切削起點位置的半徑;。為錐而剎)變。負數表示運動力一向與小標力一向相反。

圖1 加工帶錐度的錐面

　　由小頭刨向大頭時，式(1)中負號改為正號，刨削一個剎而時，式(1)同樣適用，只是其中α角為常值。刨床數控系統自動控制X ,Y,Z的同步運動速度，即可以加工出錐度來。

　　為了保證三個力一向的速度維持式(1)所要求的關系，機床數控系統每個工作行程均自動檢測刨削速度，并將前一行程的刨削速度作為當前行程的刨削速度Vx，通過式(1)計算出相應的VY和VZ來控制刀具一工件的相對運動，這樣將刨削行程這個三小標聯動控制問題轉化為兩小標控制，既簡化了機床結構和控制系統，又簡化了用戶應用程序的編制工作，用戶編程時，不需考慮錐度帶來的復雜性，可象加工柱而一樣地進行編程。

　　刨床傳動系統是由主運動X軸，水平進給運動Y軸和垂直進給運動Z軸三根小標軸組成，經控制系統控制，由三根軸執行刀具與工件的相對切削運動，完成特形曲而的三維切削運動。X軸，Y軸，Z軸的動作分別由工作臺、橫刀架、垂直刀架實現，其中工作臺往復運動X軸為油缸執行，由調蔡普通調速閥實現某一非恒速往返運動。蔡個切削過程中，X軸的恒速運動不變，加工特形曲而上的任意點，是靠Y軸、Z軸聯動來滿足X軸的恒速運動，而完成三維曲而加工。工作臺側而裝有兩套光電信號發生器與接收器，由檢測兩信號發生器之間的時間差算出工作臺的運動速度，該勻速運動為蔡個曲而切削運動的依據，用Y軸，Z軸插補力一式來滿足被加工件的三維曲而加工。

　　進給運動的Y軸和Z軸均由伺服電機帶動滾珠絲杠執行，Y軸與Z軸為伺服進給軸，參與直線插補與圓弧插補運動。本開發中選用三菱交流伺服系統(ME工SERVO-J )兩套，分別用于驅動Y軸和Z軸。伺服系統由驅動放大器(AC伺服放大器)，驅動馬達(A C;伺服馬達)，檢測器組成。

2 控制系統硬件設計

　　數控刨床控制系統主要由一臺日本三菱電機公司FX系列小型可編程控制器FX248MT，一臺FX-20UM兩軸定位單元，兩套交流伺服系統組成，其系統框圖如圖2所示。

圖2 控制系統框圖( 一軸)

　　圖2中FX-20UM作為智能化的定位控制器按用戶編制的定位程序向驅動器發出定位脈沖、運行力一向等信號。驅動器按這些控制信號驅動伺服電機帶動滾珠絲杠進行定位。對于步進電機，只有零位信號反饋給FX-20UM，對于伺服電機，則有伺服準備、伺服結束和零位三個信號反饋。外部設定用數字開關可將定位點位置和速度等數值送入定位單元，定位單元通過總線連接到FX或FX2c系列PLC上，成為PLC控制系統中的定位智能控制環節。在定位單元內，常量的設置與監控、參數的改變可以通過使用連接到PLC上的數據存取單元(FX-lODU , FX-20DU , FX-30DU , FX-40DU , FX-40DU-TK等)完成。因此可以在運行過程中由PI_C指定段號，傳送定位速度等數據，并能在PLC中監視UM的實時定位信號及運行或停止狀態。

　　在PLC和FX-20UM之間的數據通訊被FROM/TO指令控制，在FX-20UM中有專門用于通訊的緩沖存儲器并給予編號(BFM，相應地在PLC中分配有輸入繼電器，輸出繼電器，輔助繼電器，以及特殊輔助繼電器等設備。

　　使用TO指令從PLC的數據寄存器傳送數據到FX-20UM的數據設備中，使用FROM指令從FX-20UM設備中傳送數據到PLC的數據寄存器中。

　　在PLC的輸入輸出點上接有起動、停止、左右限行程開關、工作臺兩側光電傳感器(光眼)輸入信號以及控制油缸換相的左右電磁鐵允斷電的邏輯電路。系統初始工作時，啟動PLC，系統處于機械原點處，并指定電器原點，且工作臺處于工件左端位。由操作盤啟動FX-20GM定位單元((PGU) , PGU執行定位控制程序，當執行到M代碼控制指令時，PUU產生M代碼等待，M代碼輸出和M代碼“ON”信號被置入特殊的數據寄存器和特殊繼電器中，這些信號通過FROM/TO指令被送到PLC中指定的數據寄存器和輔助繼電器中。PLC;解碼處理M代碼輸出，并閉合液壓系統控制閥右電磁鐵使油缸運動，帶動工作臺水平向右作切削運動。

　　當工作臺水平運動到隔斷光電傳感器信號的瞬間，PLC啟動定時器開始計時，并驅動M代碼“OFF”命令，UM接收到M代碼OFF命令，斷開M代碼“0V”信號，定位程序轉到下一條直線或圓弧插補指令，Y和Z軸以一定的矢量速度從小端而始點插補到大端而終點，與此同時，X軸力一而繼續運動，當光眼從斷開到閉合的瞬間，定時器停止記時，二軸插補亦完成。X軸繼續運動當撞到右端行程開關時，控制閥電磁鐵停電，工作臺水平運動停止。

　　PGU完成抬刀后，執行M代碼等待，PLC接受M代碼并解碼，驅動工作臺向左運動，撞擊左端行程開關，產生M代碼OFF命令，使PGU執行下一條語句，且工作臺運動停止于左端，回到工作初態。PGU完成降刀并判終，如果未終，則計算下一次始點小標和終點小標，并接收行程時間，計算出下一次的矢量速度，并調蔡相關的數據寄存器，然后驅動刀具定位于下一次始點小標處，執行M代碼等待，這樣完成一個工作循環。

　　按下停止鍵，在當前的工作周期處理完畢后，才停止工作。

3 軟件實現

　　控制系統軟件主要由兩大部分組成:PLC控制程序和PGU定位程序，其結構框圖分別如圖3，圖4所示。

圖3 PLC控制程序框圖

圖4 PGU定位程序框圖

4 結語

　　通過對上述刨床數控系統的設計、開發，我們看到定位控制單元或模塊應用于機床數控系統中，具有編程力一便、使用調度靈活、性能可靠等優點。相比傳統的單片機控制系統，簡化了機床結構和控制系統，系統的可靠性和靈活性大為提高，該系統己在某廠投入運行，獲得好評。