基於PLC與GOT的CA6140臥式車床進給係統的改造計*-數控機床市場網

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基於PLC與GOT的CA6140臥式車床進給係統的改造計*

2016-9-2 來源：廣東石油化工學（xué）院機電工程學院作者：喬東凱趙晶英陳軍廖輝

摘要：闡述（shù）了CA6140臥式車床控製的原理與存在的問題，並細述了采用可編程（chéng）控製器、觸（chù）摸屏、編碼器、步進驅動器和步進電機對CA6140臥式車床的進給運（yùn）動自動控（kòng）製的具體方法。從而實現了該車床智能化控製的目的。實踐證明該方法經濟實效。對其他類型的機床（chuáng）或電氣設備的改造（zào）具有借鑒和指導意義。

關鍵詞：可編程控製器；觸（chù）摸屏；車（chē）床；編（biān）碼器；步進電機

0、引言

CA6140臥式（shì）車床進給的轉速控製是通過轉動手柄來控製（zhì）．要改變刀架的移動轉速，必須（xū）在刀架停止的情況下進行．速度（dù）轉換時（shí）要轉動手柄。操作不便。有時需要頻（pín）繁地更換（huàn）其主軸轉速，加快了齒輪之間的磨損。導致轉速達不到要（yào）求。此外，齒輪（lún）在工（gōng）作（zuò）時，出現噪聲大，啟動、傳動不平穩，換速時衝擊力（lì）大（dà）等問題。進給運動的進給量是通（tōng）過手輪（lún）來控製的，會出現手輪轉動後．存（cún）在一小段距離，刀架沒有移動。導致加工出現誤差。

1、調速改造方案的確定（dìng）

未改造前．進給（gěi）運動的轉速是由轉動手柄在不同擋位來控製，即改變齒輪之間的（de）齧合。其進給量則由手輪控製（zhì）。機床改造後，用（yòng）步進電機代替溜板箱縱（zòng）向移動的大手輪和控製中（zhōng）滑板橫向運動的小手輪（lún），並通過（guò）編碼器實時（shí）反映（yìng）距離，采用觸摸屏和PLC技術控（kòng）製進給運動的進給量和進給速度。

(1)調（diào）速原理

步進電機的轉速

由式(1)可知，改變步進電機的頻率就可以調（diào）節進給速度，並且其（qí）頻率可在一定範（fàn）圍內（nèi）變化。所以轉速調節範圍寬（kuān）。

步進電機的轉動圈數

由式(2)可知，改變步進電（diàn）機的脈衝數（shù）可以改變步進電機轉動的圈數（shù）。進（jìn）而改變移動的距離。

(2)PLC、步進電機、步進驅動器、觸（chù）摸屏和編碼器的選擇

根據實際情況，係統需要控製2個步進電機，即PLC需要2個高（gāo）速脈衝輸出．為方（fāng）便操作（zuò）和保證（zhèng）係統的可見性。係（xì）統配備有觸摸屏．故（gù）所需（xū）PLC的點數較少，且要連接編（biān）碼器，需要晶體（tǐ）管輸出，最（zuì）終選擇型號為FX3U一32MT的三菱PLC。由於代替手輪和手柄轉動的步進電機不需要太大力矩．選擇步進電機（jī）57BYG250B—SAFRMC-0152．其保持轉（zhuǎn）矩為0．7 Nm，步距角是1．80，相數為2相。相應地選擇步進驅動器為SH一20402A。編碼器選擇型號為（wéi）E682一CWZ5B．觸摸屏選（xuǎn）擇性價比較（jiào）高的型號為M儒104X的威綸觸摸屏。

(3)PLC輸入、輸出（chū）點的連接PLC輸入點、輸出點的連接如表l、表（biǎo）2所示。

表1 PLC輸入點的連接

編碼器1(與大手輪連接)的脈衝與方向端分別與X0、X1連接：編碼器2(與小手輪連接)的脈衝與（yǔ）方向端分別與X3、X4連接：將一個急停按鈕與X6連接．用來緊急停止整個係統。

表2 PIC輸（shū）出點的連接

輸（shū）出點YO用於給控製床鞍和溜板箱縱向（xiàng）移動（dòng）大手（shǒu）輪的步進電機驅（qū）動器1發（fā）送高速脈衝：輸出點Y1用於給控製中滑（huá）板橫（héng）向運動手（shǒu）柄的步（bù）進電機驅動器2發送高速脈衝。連接（jiē）到Y2、Y5的中間繼電（diàn）器分別控製（zhì）步進（jìn）驅動器l和2的（de）通電與斷電。輸出點Y3、Y6分別給步進驅動器（qì）1和2發送方向信號，控製步進電機l和2正轉。輸出點Y4、Y7則是使步進驅動器1和2脫機。

(4)PLC與步進驅動（dòng）器、步進電機的連接PLC與步（bù）進驅動（dòng）器、步進電（diàn）機的連接如圖1和圖2所示。

圖1 步進（jìn）驅動器1的接法

圖2步進驅動器2的接法

(5)PLC與觸摸（mō）屏的通訊PLC與觸摸屏的通訊（xùn）如表3所示．PLC與觸摸（mō）屏接13類型為RS-485 4W，通訊端口為COMl，通訊線：觸摸屏（píng）(公頭)1、2、3、4,5對（duì）應PLC(公頭)4、7、1、2、3。

表3 PIG與艟摸屏的通訊

(6)主軸速度和進給運（yùn）動的控製

步進電機通過步進驅動器來（lái）控（kòng）製．即PLC通過步進驅動（dòng）器來控製步進電機。具體方法是PLC給步進驅動器輸（shū）出一個高速脈衝（chōng）、方向和脫（tuō）機信號。因為係統采用的是64細分．所以要將步進驅動器的刻度盤調到64細（xì）分。編碼器則連接到PLC的輸入點，利用高速計數器（qì）記錄下脈衝數．進而通過程序處理。反映出實時距離。

PLC開機初始化的程（chéng）序如圖（tú）3所示。

圖3 PLC開機初始（shǐ）化

當給PLC上電時，M8002接通一（yī）個掃描（miáo）周期，係統對MO—M100，DO—D100，C247一C248進行清零。高速計數器計數並轉換為距離和清零操作程序如圖4所（suǒ）示。

圖4高速計數囂計數並轉換為距離和清零操作

與縱向軸相連接的編碼器是通過式(1)進行距離轉換．編碼器的軸與齒數（shù）為120及模數為0．25的齒輪相聯。因此，可以（yǐ）求出齒輪的直徑

如圖4所示．當PLC開機後。編碼器轉換程序一直在執行，反映（yìng）出（chū）進給移（yí）動的實時距離。編碼器輸出的脈衝用高速計數器計數。縱向（xiàng）編碼器的脈衝（chōng）由高速計數器C247計數．然後保存（cún）在寄存器D30中，之後（hòu）乘以9 577。結果保存在D35中（zhōng）。最後除以200 000。結果保存在D39中。橫向編碼器的脈衝（chōng）由高速（sù）計數器C248計數。然後保（bǎo）存在D40中，再除以400。把運算結果保存在D45中。對高速計數器C247、C248的（de）清零．則是在手（shǒu）動對完（wán）縱向和橫向刀後（hòu）進行，確定零點位置。

主軸轉速和方向控製程序（xù）如圖5所示。

圖5主軸轉速和方向控製

當M4接通時，控製主軸正轉；當M8接（jiē）通時，控製主軸反轉：當M6接通（tōng）時，停止主軸轉動。同（tóng）時正轉和反轉設計了互鎖。即正、反轉之間的切換，必須要停止主軸。從（cóng）而保護了主軸電動機。

縱向進給速度、進給量和方向控製如圖6所（suǒ）示。

圖6縱（zòng）向進給（gěi）速度、進給（gěi）量和（hé）方向控製

當（dāng）線圈M23接通時。線圈Y2通電，給步進驅動器l上（shàng）電；當線圈（quān）M24接通時，則步進驅動器1斷電。當M25接通時，線圈Y4通電，給（gěi）步進驅動器1發送脫機（jī）信號。M26和M27是（shì）手動（dòng）分別控製步進電機的正反轉．即前進或後退（tuì）。當M28接通時，自動控（kòng）製步進（jìn）電機正轉：當M29接通時（shí），自動控製步進電機反轉（zhuǎn）。當M27或M29接通時，切斷步進驅動器方向信號Y3，進而（ér）控製步進電機反轉。當M28或M29接通時．M30自鎖．給步進（jìn）驅動器輸出脈衝。其中DO和D4的值可（kě）以根（gēn）據需（xū）要進行改變．分別改變進給縱向的進給速度和進給量。

橫向進給速度、進給量（liàng）和方向控製的程序如圖7所示（shì）。

圖7橫向進（jìn）給速度、進給量和方向控製

當線圈M34接（jiē）通時，給步（bù）進驅動（dòng）器上電（diàn）：當線圈M36接通時，則斷電（diàn）。當M38接通時．給步進（jìn）驅動器2發送脫機信號Y7。M40和M42是手動分別控製步進電機的正反轉，即前進（jìn）或（huò）後退。當M43接通時，自動控製（zhì）步進（jìn）電（diàn）機正轉；當M44接通時，自動控製步進電機反轉。當M42和M44接通時．切斷步進驅動器方向信號Y6．進而控製步（bù）進（jìn）電機（jī）反轉。當M43和（hé）M44接通時，M46自鎖（suǒ）．給步進驅動器輸出脈衝。其中D8和D12的值可以根據需要進行改變．分別改變進給橫向運動的轉動速度和進給量。

進給運動的速度和進（jìn）給量轉換如圖8所（suǒ）示（shì）。

圖8進給運動的速度和進給量轉換（huàn）

當M52接通時，將速（sù）度值D60根據式(1)轉換為頻率保存在D0中；將進給量D70根據式(2)轉換為轉動的圈數後．再轉變為脈衝數保存在D4。當M54接通時，將速度值D75根據式（shì）(1)轉換為頻率保存在D8中；將進給量D85根據式(2)轉換為轉動的圈數後．再轉變為脈衝數保存在D12。

進給運動的橫向與縱向運動的控製如（rú）圖9所示。

圖9進給運動的橫向與縱向運動（dòng）控製

當M60接（jiē）通時（shí）。M62自鎖。開始橫向運動（dòng）；當所走距離值D35與所設距離值D90相等時．M64接通（tōng），開始縱向運動：當（dāng）所走距離值（zhí）D45與所設距離值D95相等（děng）時，複位（wèi）M62，即停止運動。當M66接通時，M68自鎖，開始縱向運動；當所走距離值D45與（yǔ）所設距（jù）離（lí）值（zhí）D95相（xiàng）等時．M70接通．開始橫向運動。當所走距離值D35與所設距離值D90相等時．複位M68，即停止運動。當M72接通時，M74自鎖，橫向和縱向運動同時進行．當所走距離值與所設距離（lí）值相等時，複位M74。即停止運動。

2、結語

本設計從電（diàn）氣控製方（fāng）案、元器（qì）件（jiàn）選型及機加工係統現場環境等因素綜合考慮．對CA6140車床的進給運動進行了電氣化改造．改造後的該設備控製電路簡單，穩定性和可靠性也增強。操作方便，實現（xiàn）了進給係統的自動化控製。進而提（tí）高了加工精度。

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