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  • 数控机床PLC电气控制设计与数控机床可靠性技术研究

      决定数控机床系统成败的因素就是数控机床电气控制的方式,想要在加工上使机床的运转速度和加工产品精度达到更高的层次,就要关注电气控制系统的优劣。

    一、基于PLC的数控机床电气控制系统的设计
      CPU是可编程逻辑控制器(PLC)的核心内容,PLC的主要性能就是对系统的综合控制力、依据网络对各部分的通信能力和计算机技术所具有的可编程能力的自动控制器。PLC具有很广泛的通用性和对电气控制设备所需要的高度可靠性和抗干扰能力。PLC的工作方式是对系统程序的循环扫描,它通过对样本的采集输入,对程序进行分析,最后按照程序输出一系列控制指令,所以,机床的辅助电气的主要控制系统是PLC。
      1、数控机床电气控制的方式选择
      决定数控机床系统成败的因素就是数控机床电气控制的方式,想要在加工上使机床的运转速度和加工产品精度达到更高的层次,就要关注电气控制系统的优劣。
      所以,数控机床的性能可以决定产品的精度和速度。对加工零件的条件进行分析,对系统的功能进行了解,根据其特点对其进行程序上的编辑,对于X轴与Y轴的确定采用的是对PLC控制系统、运动系统、电机部分、光栅尺等进行封闭式的控制方式。这种处理方式,使PLC的文件处理能力、人机交互能力及对数据的处理能力得到正常的发挥。运动控制器的优点就是稳定性与高速性,光栅尺的作用就是对程序提供作用点的精确信息。同时,可以通过接入传感器的方式提高系统的可靠性和稳定性。传统控制卡的实用性小,在使用上只能接入不多的几根轴,而运动控制器使用不仅能使接入轴的数目增加,还可以在以后的系统升级中带来便利。运动控制器还有个更大的优点,就是可以执行自动编辑的功能。
      2、数控机床的功能分析
      数控机床的种类有很多,我们可以简单分析一下数控机床中的一种机床,不仅有X、Y轴,还有四个Z轴,在进行工作的时候可以达到X、Y、Z轴三轴联动,轴与轴之间可以同时运动,也能分开运动。
      为了实现对全闭合环的控制,可以利用X、Y轴的运动轨迹对工作台进行定位,从而提高加工精度。通过对变频器的控制,以此实现对四个主轴电机的同步控制。
      运用X、Y轴进行限位的双重保护,再对Z轴的下侧进行限位。为了提高数控机床的加工效率,使主轴的转速达到更高水平,就要对电机温度进行实时监测并配备专业的冷却水泵,为机床提供更好的温度保护。为了实现自动、手动换刀的有效性,对主轴配备了专用的机械换刀手和刀库。机械手对机床换刀后,自动对刀具的深度和位置进行测量,提高了加工的质量,在检测时发现刀具有磨损或断裂的情况,机床的检测系统就会出现提示,可以通过系统的指令完成自动换刀及手动换刀。
      横梁是机床、加工中心常用的机床铸件,安装在立柱、横跨在底座上的一种梁式结构部件;它安装在立柱上后,为调整横梁和工作台的相对位置(即Y轴与X轴的垂直),采用了横梁调整垫块的结构。
      二、数控机床可靠性技术研究
      对数控机床可靠性技术展开研究,从数控机床的可靠性指标、可靠性建模、可靠性分析、可靠性设计出发,以此获取理想的研究成果。明确数控机床可靠性指标,研究数控机床在规定条件下对规定功能的执行情况,从数控机床的实际运行情况出发,使用定量数据表示,做到具体问题具体分析。在数控机床的设计和生产阶段,采用科学的方法进行有效计算和分配,提升数控机床的可靠性。基于数控机床的可靠性数据分析,构建相应的产品结构逻辑分析模式。
      由于数控机床的系统结构相对复杂,使用寿命在不同时期呈现的具体时间存在差异性,进而造成数控机床的故障率曲线也不同。
      现阶段主要采用的可靠性模型是串联模型、并联模型和混联模型。随着数控机床的使用频率加大,其可靠性也将随之降低,进而将出现一些偶然性的频率。传统的监测方法针对故障的间隔时间进行考虑,并未根据故障发生的次序研究,因此造成数控机床的可靠性模式与实际运行情况不符。为提高数控机床的可靠性技术的应用价值,多数专家学者对故障的间隔次序进行建模研究,了解数控机床安全性退化的规律,并对数控机床的可靠性设计提供了科学依据。
      数控机床可靠性技术中的可靠性分析主要分为应力分析、故障树分析和危害性分析三类。其中应力分析是对数控机床在运行过程中承受的非常荷载和工作荷载进行分析。非常荷载受设计不合理等因素导致,而工作荷载则是因设备功能的需求造成。通过有效的应力分析,达到进行合理结构设计的目的。故障树分析是分析数控机床可靠性的重要方法,其可直观、形象地分析出数控机床运行过程中存在的潜在故障,提高数控机床的故障的自我发现能力。
      在数控机床相关行业领域中,可靠性的研究对该行业的发展具有非常重要的作用与影响,因此在实际作业过程中相关人员需对此给予一定的重视与关注,以通过采取相应的措施来促进相关技术研究的有效开展,从而也可为制造行业的发展奠定良好的基础。

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