摘要：本文介绍仿形加工的原理和系统功能，设计了PLC的控制方案，给出软件设计流程，并分析其实现方法。对类似系统有参考价值。
关键词：PLC 仿形加工
一、加工机械原理与系统功能
在脆性材料（如石材）加工中，异型加工应用日渐 广泛，确定其控制方案时，采用PLC进行设计是一种性价比较高的选择。图1为截面仿形柱体加工机械的示意图。其工作过程分析如下：
图1 加工机械的示意图
运动过程：矿车带动工料作Z向往返运动（此时刀具固定）;刀具可作X、Y两方向运动：X方向分片进给将工料上部去除（当分片距离足够小时，由于是脆性材料，这些片实际上不存在）;-Y运动为刀具的进刀量;Y向运动时带动用于仿形的光电对管运动。
仿形原理：按所需的形状用硬质材料剪裁制成模板，形状曲线朝上，当随刀具-Y向运动的光电对管往下碰到模板上边缘时发出信号，刀具-Y向往下不再进给，一分片加工结束可进入下一分片的Y向往下进给加工，如此循环，直至X向分片运动结束。由于刀具位置固定时，矿车带动工料作Z向往返运动，故可加工出截面仿形的柱状体。
针对上述加工要求，PLC控制系统设计如下功能：
（1）设置粗、精加工两道工序，以实现较好的仿形效果。粗、精加工的转换有手动和自动两种方式。
（2）X向的分片距离可设置和显示。
（3）Y向往下进给量可设定和显示。
（4）整个系统有手动与自动两种操作方式选择，有电机过载和X、Y、Z向限位保护。
（5）刀具旋转速度和Z向矿车速度利用电磁调速。
（6）加工一工料后，系统自动停止;另外设有急停和暂停（即从停止工位可起动继续加工）。
二、PLC的I/O安排
为实现上述控制功能，PLC选用三菱FX2N系列，I/O点数为64点。具体安排如下：
输入点：X0：加工系统起动;X1：手动/自动选择开关;X2：急停;X3：暂停;X4/X5：+/- Z向点动;X6/X7：+/-X向点;X10/X11：+/-Y向点动;X12/X13：+/-Z向到位开关;X14/X15：+/-X向到位开关;X16：+Y到位开关;X17：+/-X、Y、Z六个限位保护开关（由于限位保护时，故障现象直观，为节省输入点数将六个常开并联）;X20：粗/精加工选择;X21：粗、精加工自动连续（即粗工结束后自动进入精加）;X22～X25：X、Y、Z向电机过载保护;刀具（如锯片）旋转电机过载保护;X26：-Y向下降进给量设定确认;X27：X向分片距离设定确认;X30：仿形用光电开关;X31～X34：进给量和分片距离设定值拨码开关。X35：故障排除或暂停再起动。
输出点：Y0：控制刀具旋转电机对应的接触器;Y1～Y2：矿车Z/-Z向运动;Y3～Y4：刀具X/-X运动;Y5～Y6：刀具Y/-Y向运动;Y7：手动指示;Y10：自动指示;Y11：粗加工指示;Y12：精加工指示;Y13：粗、精自动连续指示;Y14：暂停指示;Y15：系统运行指示;Y16：故障报警;Y17：限位故障指示;Y20：刀具旋转电机过载故障指示;Y21：矿车电机过载指示;Y22：分片电机过载指示;Y23：Y向电机过载指示;Y24～Y27：4位设定值BCD数字选通控制;Y30～Y37：4位数码管显示控制。
三、程序设计
控制程序主要包括点动调整、粗加工、精加工和设定值处理与显示程序，采用步进功能指令设计。在这些程序中也包括停止、保护和故障处理的环节。
加工开始前，应根据工料的自然尺寸确定Y、±X、±Z的到位开关;点动调整刀具和矿车到初始（原
图2 仿形原理示意图
图3 粗加工程序流程图
位）位置;根据工料材质设定好-Y下降和X分片进刀量;选择加工方式即粗加工或粗—精连续加工或精加工方式。
下面分析主要程序的控制原理。
1、粗加工控制程序流程
粗加工原理是将工料仿形截面的上部分割成一片片，由于工料是脆性材料，当分片距离足够小，已分割完的片实际是不存在的。如图2所示。
粗加工的PLC控制流程如图3所示。
2、精加工程序
精加工程序X分片距离程序设定为粗加工的1/2，加工过程没有-Y下降进给，采用一直下降至光电开动作后，再Y上升至光电开关不动作（这也是补偿控制原理），然后进行Z或-Z运动，流程略。
3、关于再起动问题与初始化
为减少加工过程中出现的可避免废品，除了急停外，对电网停电、故障保护、暂停等引起的加工过程中断，对每一步进状态，将自动控制流程所用的状态器Sn～Sm送入悼电保护的数据寄存器中;此外，对于进刀量，采用积算原理和减计数的方法设计。这样，用户可在停机处理后按再起动（X35）继续加工。
在初始化程序化程序中，必须根据不同的开机情况对相关的状态器和数字寄存器赋初值。
四、结语
本文所分析的仿形加工PLC控制方案，已在石材加工得到较好的应用。在实际系统运行一段时间后发现由于丝杆隙动量的问题，-Y向下降到光电开关处往往会出现过冲现象，因而在精加工程序中加入补偿方法，能较好地解决这一问题。
当然利用计算机集成制造技术或PLC的运动控制中的示教功能也能实现仿形加工[2]，但对简易仿形和脆性材料加工，本系统具有较高的性价比，值得推广应用。
参考文献
1、王兆义编著，小型可编程控制器实用技术，机械工业出版社，2000，5
2、邓昌其，PLC在数控仿形加工中心的应用，自动化与仪器仪表，2001，4：P25～27