基于PLC的普通機床數(shù)控化控制系統(tǒng)改造

基于PLC的一般機床數(shù)控化限制系統(tǒng)改造摘要:介紹可編程限制器(PLC)在CW6140機床改造中的應(yīng)用，對PLC在數(shù)控系統(tǒng)限制下所完成的限制功能作簡潔闡述,并給出了PLC的限制電路接線圖和梯形圖。關(guān)鍵詞:可編程限制器；車床改造1

前言在保證質(zhì)量的前提下考慮如何提高生產(chǎn)效率，是企業(yè)提高競爭生存實力的條件之一。在機械加工企業(yè)中，有很多老式一般機床,為了能使這些老式機床適應(yīng)目前困難零件批量、多品種的加工，充分挖掘利用一般機床潛力，就須要對一般機床進行機電一體化改造。數(shù)控技術(shù)是先進制造技術(shù)的基礎(chǔ)，它綜合應(yīng)用了計算機、限制技術(shù)、電氣傳動、傳感檢測、液壓氣動、網(wǎng)絡(luò)通信、光電技術(shù)、自動化、柔性化、集成化為基礎(chǔ)的精密機械制造和管理信息等發(fā)展起來的高新技術(shù)。作為數(shù)控加工的主體設(shè)備，數(shù)控機床是典型的機電一體化產(chǎn)品，數(shù)控機床的高精度、高效率與高柔性確定了大力推廣運用數(shù)控機床是提高制造實力和水平，適應(yīng)市場需求和提高競爭實力的主要物質(zhì)基礎(chǔ)條件之一。近幾年隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、集成技術(shù)以與自動限制技術(shù)的發(fā)展，PLC的功能越來越強大，功能模塊越來越多，可以在小型PLC機上實現(xiàn)大型機的功能。本文提出了利用PLC限制步進電動機和機床主軸來實現(xiàn)機床的數(shù)控化改造。2

車床改造前后的對比金屬切削加工是變更零件形態(tài)的方法之一，從毛坯到成品，使零件加工成符合生產(chǎn)須要的形態(tài)和尺寸。數(shù)控機床是以編程限制器（PLC）微處理器為核心的一種新型工業(yè)限制裝置，具有體積小、功能強、編程簡潔、牢靠性強等優(yōu)點，將加工信號傳遞到機床的數(shù)控系統(tǒng)，通過伺服系統(tǒng)按程序自動進行加工，檢測設(shè)置是由傳感器和傳動電機組成，依據(jù)閉鎖系統(tǒng)反饋的信號來限制、修正運動部件的偏移量，保證了零件加工的精確度。由于數(shù)控機床是依據(jù)限制器輸出的信號自動按工藝完成所需的加工工作，削減了由操作人員接在一般機床加工時為保證零件按圖標(biāo)定的諸如直徑的上下偏差、長度公差、形位公差、吃刀距、超出距所造成的重復(fù)開停機、調(diào)整、測試等一系列奢侈時間的工作，并且保證產(chǎn)品質(zhì)量。以一般車床為例，將一根直徑40、長500毫米的坯料加工至直徑=36，精度要求不柱度為0.05毫米的軸。一般車床車削時所需的機動時間T應(yīng)當(dāng)為：由

n=1000×v／π×D=1000×100／3.14×40=796轉(zhuǎn)/分式中：ｖ—車床主軸速度

D—工件坯料直徑因：

L=l+y+△=500+2+2=504毫米式中：L—車刀所移動的距離

y—吃刀距（毫米）

l—工件待加工長度

△—超出距（毫米）

T=L×h/s×n×t=504×2/0.8×796×2=0.79分鐘式中：T—機動時間

h—切削厚度

s—走刀量

n—工件每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)

t—切削深度

除以上能以軸、轉(zhuǎn)速與走刀量等有據(jù)可依能算出的走刀時間外，其余的如為保證尺寸精度必需當(dāng)心謹(jǐn)慎地給定進給量前的刀尖與工件表面的對刀，然后以拖板的刻度為參考當(dāng)心進刀，試車肯定長度后，停機檢測（最多為兩次），確信與圖紙的要求相符后才進行車削，其中所需的時間只能按實際操作加上人為制定給出該項工作所耗費的工時，設(shè)定此所需的時間為0.5分鐘時，則一般車床的實際用時T′應(yīng)為：

T′=T+0.5=0.79+0.5=1.29（分鐘）改裝（PLC）后的車床，轉(zhuǎn)由編程限制器（PLC）發(fā)出的信號完成所須的加工工序，由于車床的橫向進給實現(xiàn)了自動化，程序應(yīng)為：以車刀刀尖為基準(zhǔn)點，限制車刀刀尖按指令給定的以主軸中心軸線為基準(zhǔn)進到所需加工的軸的半徑距離時，橫向進給自鎖，依照信號進行縱向切削工作，省去了由人工操作加工中所需的反復(fù)開停車與檢測用時，因此，從以上的加工一根簡潔的φ40×500（毫米）的軸可以得出：假如改裝后數(shù)控車床的轉(zhuǎn)速、切削用量等和一般車床相同，則數(shù)控機床所需的實際用時為T″=0.79(分鐘)。一般車床與改裝（PLC）可編程限制器后的車床的實際時間差為：

T′－T″=1.29－0.79=0.5(分鐘)由此可見改裝（PLC）限制后車床的機動時比一般車床的用時省卻了0.5分鐘，工效將近提高了一倍，對于批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，不僅節(jié)約了大量的時間，還提高了限制系統(tǒng)的牢靠性和精確性，為企業(yè)供應(yīng)了更牢靠的自動化生產(chǎn)保障，提高了經(jīng)濟效益。3

以CW6140型一般車床為例，把繼電限制改造為PLC限制3.1

改造分析1）依據(jù)機床電氣限制原理圖（圖1）的限制狀態(tài)，選擇合適的PLC機型；2）列出PLC輸入、輸出I/O安排表（表1、表2）；3）畫出PLC限制電路接線圖（圖2）；4）畫出PLC梯形圖（圖3），并編制程序；圖1

CW6140型一般車床電氣限制線路原理圖3.2

電氣限制線路分析

CW6140型一般車床電氣限制線路原理圖如圖1所示。圖中分主電路、限制電路和照明、信號電路。3.2.1

電路分析

主電路中有兩臺電機，M1為主軸電機，帶動主軸旋轉(zhuǎn)和刀架作進給運動；M2為冷卻泵。

三相溝通電源通過轉(zhuǎn)換開關(guān)QS1引入，主軸電機M1由接觸器限制啟動，熱繼電器FR1為主軸電機M1的過載愛護。

冷卻泵電機M2由組合開關(guān)QS2限制啟動和停止，熱繼電器FR2為它的過載愛護。3.2.2限制電路分析（1）主軸電機的限制。當(dāng)按SB2時，接觸器KM1的線圈獲得電動作，同時KM1的常開觸點閉合，KM3和KT得電，KM1和KM3主觸點閉合時電機M1星形正轉(zhuǎn)降壓啟動，當(dāng)KT延時約3~5S時，KT延時常閉觸點斷開使KM3失電，其星形接法主觸點斷開；KT延時常開觸點閉合使KM2得電，其主觸點閉合，電機M1從星形轉(zhuǎn)換為三角形運行。同理，按SB1時，電機M1反轉(zhuǎn)（星形—三角形啟動）。（2）冷卻泵電機的限制。旋合組合開關(guān)QS2使冷卻泵電機M2啟動運行。（3）照明電路分析。限制變壓器TC的二次側(cè)輸出36V電壓，作為機床低壓照燈電源，EL為機床的低壓照明燈，由開關(guān)SA2限制。3.3

PLC與其程序設(shè)計

3.3.1

PLC選型和I/O端口安排依據(jù)以上機床主電路繼電限制要求分析，系統(tǒng)共需開關(guān)量輸入點5個，開關(guān)量輸出點4個，考慮系統(tǒng)的經(jīng)濟性和技術(shù)指標(biāo)，擬選用三菱公司的微型機FX2n—16MR機型，該機基本單元有8點輸入，8點輸出，完全能滿意限制要求。輸入/輸出信號地址安排如表1和表2。

表1

輸入信號地址安排表名稱外接器件地址正轉(zhuǎn)（啟動）SB2X000反轉(zhuǎn)SB1X001過載愛護FR1X002過程愛護FR2X003停止SBX004表2輸出信號地址安排表名稱外接器件地址繼電器KM1Y000繼電器KM2Y001繼電器KM3Y002繼電器KM4Y0033.3.2

PLC限制電路接線圖為了保證平安,系統(tǒng)外部設(shè)置了急停限制電路，SB6為電源供應(yīng)按鈕，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，按下SB5，KM線圈失電，KM常開啟點斷開，PLC失去電源，機床停止工作。PLC限制電路接線如圖2所示。圖2

PLC限制電路接線圖3.3.3

PLC程序設(shè)計：當(dāng)按SB2時，X000的常開觸點閉合，Y000、Y003和T0得電，接觸器KM1的線圈獲得電動作，同時KM1和KM4主觸點閉合時電機M1星形正轉(zhuǎn)降壓啟動，當(dāng)T0延時約3~5S時，T0延時常閉觸點斷開使KM4失電，其星形接法主觸點斷開；T0延時常開觸點閉合使KM3得電，其主觸點閉合，電機M1從星形轉(zhuǎn)換為三角形運行。同理，按SB1時，X001的常開觸點閉合,接觸器KM2的線圈獲得電動作,電機M1反轉(zhuǎn)（星形—三角形啟動）。依據(jù)以上要求編制PLC限制梯形圖（圖3）與由梯形圖寫出PLC限制指令程序。

圖3

PLC梯形圖編程如下:LD

X000OR

Y000ANI

Y001AND

X002AND

X003AND

X004OUT

Y000LD

X001OR

Y001ANI

Y000AND

X002AND

X003AND

X004OUT

Y001LD

Y000OR

Y001MPSANI

Y002OUT

TOK30MROLD

TOOR

Y002ANBANI

Y003OUT

Y002MPPANI

TOANI

Y002OUT

Y003END

采納簡易編程器或設(shè)置有三菱PLC開發(fā)軟件的電腦，把編制的程序輸入固化到可編程限制器的存儲器內(nèi)，并進行調(diào)試運行，直到完全達到要求的限制功能為止。4

結(jié)束語PLC具有很高的牢靠性,所以PLC限制系統(tǒng)的大部分故障主要來自于PLC外部元件,用可編程序限制器(PLC)將一般機床改造為經(jīng)濟性數(shù)