1 概 述
在組合機床自動線中，一般根據不同的加工精度要求設置三種滑台（1）液壓滑台，用於切削量大，加工精度要求較低的粗加工工序中；（2）機械滑台，用於切削量中等，具有一定加工精度要求的半精加工工序中；（3）數控滑台，用於切削量小，加工精度要求很高的精加工工序中。可編程控制器（簡稱PLC）以其通用性強、可靠性高、指令系統簡單、編程簡便易學、易於掌握、體積小、維修工作少、現場介面安裝方便等一系列優點，被廣泛應用於工業自動控制中。特別是在組合機床自動生產線的控制及CNC機床的S、T、M功能控制更顯示出其卓越的性能。PLC控制的步進電機開環伺服機構應用於組合機床自動生產線上的數控滑台控制，可省去該單元的數控系統使該單元的控制系統成本降低70~90%，甚至只佔用自動線控制單元PLC的3~5個I/O介面及<1KB的內存。特別是大型自動線中可以使控制系統的成本顯著下降。
2 PLC控制的數控滑台結構
一般組合機床自動線中的數控滑台採用步進電機驅動的開環伺服機構。採用PLC控制的數控滑台由可編程式控制制器、環行脈衝分配器、步進電機驅動器、步進電機和伺服傳動機構等部分組成，伺服傳動機構中的齒輪Z1、Z2應該採取消隙措施，避免產生反向死區或使加工精度下降；而絲杠傳動副則應該根據該單元的加工精度要求，確定是否選用滾珠絲杠副。採用滾珠絲杠副，具有傳動效率高、系統剛度好、傳動精度高、使用壽命長的優點，但成本較高且不能自鎖。
3 數控滑台的PLC控制方法
數控滑台的控制因素主要有三個：
3.1 行程控制
一般液壓滑台和機械滑台的行程控制是利用位置或壓力感測器（行程開關/死擋鐵）來實現；而數控滑台的行程則採用數字控制來實現。由數控滑台的結構可知，滑台的行程正比於步進電機的總轉角，因此只要控制步進電機的總轉角即可。由步進電機的工作原理和特性可知步進電機的總轉角正比於所輸入的控制脈衝個數；因此可以根據伺服機構的位移量確定PLC輸出的脈衝個數：
n= DL/d （1）
式中 DL——伺服機構的位移量（mm）
d ——伺服機構的脈衝當量（mm/脈衝）
3.2 進給速度控制
伺服機構的進給速度取決於步進電機的轉速，而步進電機的轉速取決於輸入的脈衝頻率;因此可以根據該工序要求的進給速度,確定其PLC輸出的脈衝頻率:
f=Vf/60d (Hz) (2)
式中 Vf——伺服機構的進給速度(mm/min)
3.3 進給方向控制
進給方向控制即步進電機的轉向控制。步進電機的轉向可以通過改變步進電機各繞組的通電順序來改變其轉向;如三相步進電機通電順序為A-AB-B-BC-C-CA-A…時步進電機正轉;當繞組按A-AC-C-CB-B-BA-A…順序通電時步進電機反轉。因此可以通過PLC輸出的方向控制信號改變硬體環行分配器的輸出順序來實現，或經編程改變輸出脈衝的順序來改變步進電機繞組的通電順序實現。
4 PLC的軟體控制邏輯
由滑台的PLC控制方法可知，應使步進電機的輸入脈衝總數和脈衝頻率受到相應的控制。因此在控制軟體上設置一個脈衝總數和脈衝頻率可控的脈衝信號發生器；對於頻率較低的控制脈衝，可以利用PLC中的定時器構成，如圖2所示。脈衝頻率可以通過定時器的定時常數控制脈衝周期，脈衝總數控制則可以設置一脈衝計數器C10。當脈衝數達到設定值時，計數器C10動作切斷脈衝發生器迴路，使其停止工作。伺服機構的步進電機無脈衝輸入時便停止運轉，伺服執行機構定位。當伺服執行機構的位移速度要求較高時，可以用PLC中的高速脈衝發生器。不同的PLC其高速脈衝的頻率可達4000~6000Hz。對於自動線上的一般伺服機構，其速度可以得到充分滿足。
5 伺服控制、驅動及介面
5.1 步進電機控制系統的組成
步進電機的控制系統由可編程式控制制器、環行脈衝分配器和步進電機功率驅動器組成，控制系統中PLC用來產生控制脈衝；通過PLC編程輸出一定數量的方波脈衝，控制步進電機的轉角進而控制伺服機構的進給量；同時通過編程式控制制脈衝頻率——既伺服機構的進給速度；環行脈衝分配器將可編程式控制制器輸出的控制脈衝按步進電機的通電順序分配到相應的繞組。PLC控制的步進電機可以採用軟體環行分配器，也可以採用如圖1所示的硬體環行分配器。採用軟環佔用的PLC資源較多，特別是步進電機繞組相數M>4時，對於大型生產線應該予以充分考慮。採用硬體環行分配器，雖然硬體結構稍微複雜些，但可以節省佔用PLC的I/O口點數，目前市場有多種專用晶元可以選用。步進電機功率驅動器將PLC輸出的控制脈衝放大到幾十~上百伏特、幾安~十幾安的驅動能力。一般PLC的輸出介面具有一定的驅動能力，而通常的晶體管直流輸出介面的負載能力僅為十幾~幾十伏特、幾十~幾百毫安。但對於功率步進電機則要求幾十~上百伏特、幾安~十幾安的驅動能力，因此應該採用驅動器對輸出脈衝進行放大。
5.2 可編程式控制制器的介面
如伺服機構採用硬體環行分配器，則佔用PLC的I/O口點數少於5點，一般僅為3點。其中I口佔用一點，作為啟動控制信號；O口佔用2點，一點作為PLC的脈衝輸出介面，接至伺服系統硬環的時鐘脈衝輸入端，另一點作為步進電機轉向控制信號，接至硬環的相序分配控制端，如圖3所示；伺服系統採用軟體環行分配器時，
6 應用實例與結論
將PLC控制的開環伺服機構用於某大型生產線的數控滑台，每個滑台僅佔用4個I/O介面，節省了CNC控制系統，其脈衝當量為0.01~0.05mm,進給速度為Vf=3~15m/min,完全滿足工藝要求和加工精度要求
