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基（jī）於PLC 的C6140 車床自動化控製係統改造

2017-1-6 來源：西安（ān）工（gōng）程技術學院（yuàn）作者：王瑞芳

摘要：介紹可（kě）編程控（kòng）製器(PLC)在（zài）C6140 機床改造中（zhōng）的應用,對PLC 在（zài）自動化係統控製下所（suǒ）完成的控製功能作簡單闡述,通（tōng）過對（duì）車床（chuáng）改造（zào）前後的對（duì）比,得出PLC 控製係統（tǒng）的優越性,並給（gěi）出（chū）了PLC 的控製電路接線圖和梯形圖。

關鍵詞：可編程控製器；車床改造

0.前言（yán）

在（zài）機械加工企業中,企業為提高競爭力,除保證產品的質量,還要考慮（lǜ）如何提高生產效率。而對於許多老式（shì）普通機床,顯然不能（néng）滿足生產實（shí）際需求, 為了能使這（zhè）些老式普通（tōng）機床適應當前複雜零件批量、多品（pǐn）種的加工（gōng）,充（chōng）分挖掘普通機床的利用率,就需要對普通機床進（jìn）行機電一體化（huà）改造。自動化（huà）控製技術綜合應用了（le）計算機、控製（zhì）技術、電氣傳動、傳感檢測、液（yè）壓氣動、網絡（luò）通（tōng）信、柔性化、集（jí）成化等高（gāo）新技術,為先進製造技術奠定基礎。機械加工中應用最為普遍的自動化控製技術就是數（shù）控技術,它作為數控（kòng）加工的主體設備,形成最為典型（xíng）的機電一（yī）體（tǐ）化產品———數控機床,數控機床的高精度、高效率及高（gāo）柔性決定了大力推廣使用數控機床是提高製造能（néng）力和水平,適應市場需求和（hé）提高競爭能力的主要物質基礎條件之一（yī）。近幾年隨著微電子技（jì）術、計算機技術以及自動控製技術的發展,PLC 的功能（néng）越（yuè）來越強大,功能模（mó）塊越來越多,可以在小型PLC 機上實現大型機的功能。我們將利用PLC 控製步（bù）進電（diàn）動機和機床主軸來實現機床的數控化改造。

1.車床改造前後的對比

金屬切（qiē）削加工是改變零件形（xíng）狀的方法之一,從（cóng）毛坯到成品,使零件加工成符合（hé）生（shēng）產（chǎn）需要的（de）形狀和（hé）尺寸。數控機床（chuáng）是以可編程控（kòng）製器(PLC)為核心的一種新型工業控製裝置,具有體積小、功能（néng）強、編程簡單、可靠性強等優點,將加（jiā）工信號傳遞到機床的數控係統,通過伺服係統按事先（xiān）編製好的程序進行自動加工,根據檢測設置形成閉環控（kòng）製係統,將反饋信號與淨輸入信號進行比較,不斷修正運動部（bù）件的（de）偏移量（liàng）, 從而保證了零件加工的精確度。由於數控機床是根據（jù）控製器輸出的信號自動按工藝流程完成所需的加工工作,而（ér）對於普通機床,操作人員往往為保證加工零件的尺（chǐ）寸精度,如（rú）直徑（jìng）的上下偏差、長度公差、形位公（gōng）差等,在進行機床加工時經常會出現重複開停機、調整、測試等一係列浪費時間的工作（zuò）。下麵以普通車床為例,將一根直徑50、長600mm米的坯料加工至（zhì）直徑=36,精度要求同柱度為0.05mm 的軸。

除以上能以軸、轉速及走刀量等算出的走刀時間外,其（qí）餘的如給定進給量前的刀尖（jiān）與工件表麵的（de）對刀,然後以拖板（bǎn）的刻度為參考小心進刀,試車一定長度後,停機檢（jiǎn）測(最多為兩次),確信與圖（tú）紙的要求相符後才進行車削,其中所需的時間隻能按實際操（cāo）作加上人為製定給出（chū）該項工作所耗（hào）費的工時,設定此所需的時間為0.3 分鍾時,則普通車床的實際用時T＇應（yīng）為：T＇=T+0.3=0.98+0.5=1.09(分鍾)。改裝後的車床（chuáng）,由於車（chē）床的橫向進給實現了自動化（huà）,程序應為（wéi）：以車刀刀尖為基準點（diǎn）,控（kòng）製車刀刀（dāo）尖按指令給定的（de）以主軸中心軸線為基準進到所需加工的軸的半（bàn）徑距離時,橫向進給自鎖,依照信（xìn）號進行（háng）縱向切削工作,省去了（le）由人工操作加工中（zhōng）所需的反複開停車及檢測用時,因此（cǐ）,從加工一根簡單的φ50×600(mm)的軸事例可（kě）以得出：如果改裝（zhuāng）後數控車床的轉速、切削用量等和普通車（chē）床相同,則數控機床所（suǒ）需（xū）的實際用時為T〞=0.98(分鍾)。普通車床與改裝後的車床的實際時間差為：T＇-T〞=1.09-0.79=0.3(分（fèn）鍾) 由此可見用可編程控製器改裝後車床的加工時間比（bǐ）普通車床的用（yòng）時省卻了0.3 分鍾,工效將（jiāng）近（jìn）提高了1/3,對於批量生（shēng）產的產品,不僅節省了大量的時間,還提高了控製（zhì）係（xì）統的可靠性（xìng）和準確性,為（wéi）企業提供了更可靠的自（zì）動化生產保（bǎo）障,提高（gāo）了（le）經濟效益。

2.以C6140 型普（pǔ）通車床為例,把繼電控製改造為PLC 控製

2.1 改造分（fèn）析（xī）

1)根據機床（chuáng）電（diàn）氣控製原理（lǐ）圖（tú）(圖1)的控（kòng）製狀態,選擇合適的PLC 機型；

圖1 C6140 型普通車（chē）床電氣控製線路原理圖

2)列出（chū）PLC 輸入、輸出I/O 分配表；

3)畫出PLC 控製電路接線圖（tú）(圖2)；

4)畫出PLC 梯（tī）形圖(圖3),並編製程序並調試。

2.2 電氣控製線路分析

C6140 型普通車床電（diàn）氣控製線路原理圖如圖1 所示。圖中分主電路、控製電路和照明、信號電路。

2.2.1 電路分析

主電路中有兩台電機,M1 為主軸電機,帶動主軸旋轉和刀架作進給運動；M2 為冷卻泵（bèng）。三相交流（liú）電源通過轉換開（kāi）關QF1 引入, 主軸電機M1 由交（jiāo）流接觸器KM1\KM2 控製啟動,熱繼電器（qì）KH1 為主軸電機M1 的過載保（bǎo）護。冷卻泵電（diàn）機M2 由組合開關（guān）QS2 控製啟動和停止, 熱繼電器KH2為它的過載保護。

2.2.2 控製電路分析

1)主軸電機的控製。用SB1 和SB2 進（jìn）行主軸電機M1 的正轉和反轉。當按SB2 時,接觸器KM1 的線圈得電動作,KM1 的常開觸點閉合,KM3 和（hé）KT 得電,KM1 和KM3 主觸點閉合使電機M1Y 形正轉降壓啟動, 當KT 延時整定時間到時,KT 延時常閉觸點斷開使KM3 失電,其Y 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Y 形轉換為△運行。同理,按SB1 時,電機M1 反轉（zhuǎn）,同樣進行Y 形啟動、△運行。

2)冷卻泵電機的控製。旋合組合開關QS2 使冷卻（què）泵電機M2 啟動運行。

3)照明電（diàn）路分析。控製（zhì）變壓器TC 的二次（cì）側輸出36V 電壓,作為機床低（dī）壓照燈電源,EL 為機床的低壓照明燈,由開關SA2 控製。

2.3 PLC 及其程序設計

2.3.1 PLC 選型和I/O 端口分配

根據以（yǐ）上（shàng）機床主電路（lù）繼電控製要求分析,係統共需開關量輸入（rù）點5 個,開關量輸出點4 個,考慮係統的經濟性和技術指標,擬選用三菱公司的FX2n—24MR 機型,該機基本單元有12 點輸入,12 點輸出,完全能滿足控製要求。輸入/輸出信（xìn）號地（dì）址分（fèn）配如表1 和表2。

2.3.2 PLC 控製（zhì）電路接線圖

圖2 PLC 控製電路接線圖

為了保證安全,係（xì）統外（wài）部（bù）設置（zhì）了急停控製（zhì）電路,SB6 為電源供給按鈕, 當係統出現故（gù）障時, 按下SB5,KM 線圈失電,KM 常開（kāi）啟點斷開,PLC 失（shī）去電源,機床停（tíng）止工作（zuò）。

2.3.3 PLC 程序（xù）設計

根據繼（jì）電控製線路的工作要求, 用PLC 編製出控（kòng）製電路（lù）的梯形圖,這樣將大大縮短機床電氣線路的安裝（zhuāng）和維修時間。圖3 為C6140 普通機床控製線路的PLC 梯形圖（tú）。

圖3 PLC 梯形圖

3.結束語

PLC 具（jù）有很（hěn）高的可（kě）靠性,所以PLC 控製係統的大部分故障主要來自於PLC 外部元件,用可編程序控製器(PLC)將普通機床改造為經濟性數控機（jī）床,簡單易行,可靠性高,抗幹擾能力強。經實踐（jiàn）證明,普通車床（chuáng）數控化（huà）改造後都能取得良好的效果,它尺寸精度非常穩定,加工效率大大提（tí）高,具（jù）有一定的（de）經濟性、實用性和穩定性,對（duì）中小（xiǎo）型企業的技術改造非常有效。

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