基于PLC 的C6140 車床自動(dòng)化控制系統(tǒng)改造
2017-1-6 來源：西安工程技術(shù)學(xué)院 作者：王瑞芳
摘要：介紹可編程控制器(PLC)在C6140 機(jī)床改造中的應(yīng)用,對(duì)PLC 在自動(dòng)化系統(tǒng)控制下所完成的控制功能作簡(jiǎn)單闡述,通過對(duì)車床改造前后的對(duì)比,得出PLC 控制系統(tǒng)的優(yōu)越性,并給出了PLC 的控制電路接線圖和梯形圖。
關(guān)鍵詞：可編程控制器；車床改造
0.前言
在機(jī)械加工企業(yè)中,企業(yè)為提高競(jìng)爭(zhēng)力,除保證產(chǎn)品的質(zhì)量,還要考慮如何提高生產(chǎn)效率。而對(duì)于許多老式普通機(jī)床,顯然不能滿足生產(chǎn)實(shí)際需求, 為了能使這些老式普通機(jī)床適應(yīng)當(dāng)前復(fù)雜零件批量、多品種的加工,充分挖掘普通機(jī)床的利用率,就需要對(duì)普通機(jī)床進(jìn)行機(jī)電一體化改造。自動(dòng)化控制技術(shù)綜合應(yīng)用了計(jì)算機(jī)、控制技術(shù)、電氣傳動(dòng)、傳感檢測(cè)、液壓氣動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)通信、柔性化、集成化等高新技術(shù),為先進(jìn)制造技術(shù)奠定基礎(chǔ)。機(jī)械加工中應(yīng)用最為普遍的自動(dòng)化控制技術(shù)就是數(shù)控技術(shù),它作為數(shù)控加工的主體設(shè)備,形成最為典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品———數(shù)控機(jī)床,數(shù)控機(jī)床的高精度、高效率及高柔性決定了大力推廣使用數(shù)控機(jī)床是提高制造能力和水平,適應(yīng)市場(chǎng)需求和提高競(jìng)爭(zhēng)能力的主要物質(zhì)基礎(chǔ)條件之一。近幾年隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展,PLC 的功能越來越強(qiáng)大,功能模塊越來越多,可以在小型PLC 機(jī)上實(shí)現(xiàn)大型機(jī)的功能。我們將利用PLC 控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和機(jī)床主軸來實(shí)現(xiàn)機(jī)床的數(shù)控化改造。
1.車床改造前后的對(duì)比
金屬切削加工是改變零件形狀的方法之一,從毛坯到成品,使零件加工成符合生產(chǎn)需要的形狀和尺寸。數(shù)控機(jī)床是以可編程控制器(PLC)為核心的一種新型工業(yè)控制裝置,具有體積小、功能強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單、可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),將加工信號(hào)傳遞到機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng),通過伺服系統(tǒng)按事先編制好的程序進(jìn)行自動(dòng)加工,根據(jù)檢測(cè)設(shè)置形成閉環(huán)控制系統(tǒng),將反饋信號(hào)與凈輸入信號(hào)進(jìn)行比較,不斷修正運(yùn)動(dòng)部件的偏移量, 從而保證了零件加工的精確度。由于數(shù)控機(jī)床是根據(jù)控制器輸出的信號(hào)自動(dòng)按工藝流程完成所需的加工工作,而對(duì)于普通機(jī)床,操作人員往往為保證加工零件的尺寸精度,如直徑的上下偏差、長(zhǎng)度公差、形位公差等,在進(jìn)行機(jī)床加工時(shí)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)重復(fù)開停機(jī)、調(diào)整、測(cè)試等一系列浪費(fèi)時(shí)間的工作。下面以普通車床為例,將一根直徑50、長(zhǎng)600mm米的坯料加工至直徑=36,精度要求同柱度為0.05mm 的軸。
除以上能以軸、轉(zhuǎn)速及走刀量等算出的走刀時(shí)間外,其余的如給定進(jìn)給量前的刀尖與工件表面的對(duì)刀,然后以拖板的刻度為參考小心進(jìn)刀,試車一定長(zhǎng)度后,停機(jī)檢測(cè)(最多為兩次),確信與圖紙的要求相符后才進(jìn)行車削,其中所需的時(shí)間只能按實(shí)際操作加上人為制定給出該項(xiàng)工作所耗費(fèi)的工時(shí),設(shè)定此所需的時(shí)間為0.3 分鐘時(shí),則普通車床的實(shí)際用時(shí)T＇應(yīng)為：T＇=T+0.3=0.98+0.5=1.09(分鐘)。改裝后的車床,由于車床的橫向進(jìn)給實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化,程序應(yīng)為：以車刀刀尖為基準(zhǔn)點(diǎn),控制車刀刀尖按指令給定的以主軸中心軸線為基準(zhǔn)進(jìn)到所需加工的軸的半徑距離時(shí),橫向進(jìn)給自鎖,依照信號(hào)進(jìn)行縱向切削工作,省去了由人工操作加工中所需的反復(fù)開停車及檢測(cè)用時(shí),因此,從加工一根簡(jiǎn)單的φ50×600(mm)的軸事例可以得出：如果改裝后數(shù)控車床的轉(zhuǎn)速、切削用量等和普通車床相同,則數(shù)控機(jī)床所需的實(shí)際用時(shí)為T〞=0.98(分鐘)。普通車床與改裝后的車床的實(shí)際時(shí)間差為：T＇-T〞=1.09-0.79=0.3(分鐘) 由此可見用可編程控制器改裝后車床的加工時(shí)間比普通車床的用時(shí)省卻了0.3 分鐘,工效將近提高了1/3,對(duì)于批量生產(chǎn)的產(chǎn)品,不僅節(jié)省了大量的時(shí)間,還提高了控制系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性,為企業(yè)提供了更可靠的自動(dòng)化生產(chǎn)保障,提高了經(jīng)濟(jì)效益。
2.以C6140 型普通車床為例,把繼電控制改造為PLC 控制
2.1 改造分析
1)根據(jù)機(jī)床電氣控制原理圖(圖1)的控制狀態(tài),選擇合適的PLC 機(jī)型；
圖1 C6140 型普通車床電氣控制線路原理圖
2)列出PLC 輸入、輸出I/O 分配表；
3)畫出PLC 控制電路接線圖(圖2)；
4)畫出PLC 梯形圖(圖3),并編制程序并調(diào)試。
2.2 電氣控制線路分析
C6140 型普通車床電氣控制線路原理圖如圖1 所示。圖中分主電路、控制電路和照明、信號(hào)電路。
2.2.1 電路分析
主電路中有兩臺(tái)電機(jī),M1 為主軸電機(jī),帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)和刀架作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；M2 為冷卻泵。三相交流電源通過轉(zhuǎn)換開關(guān)QF1 引入, 主軸電機(jī)M1 由交流接觸器KM1\KM2 控制啟動(dòng),熱繼電器KH1 為主軸電機(jī)M1 的過載保護(hù)。冷卻泵電機(jī)M2 由組合開關(guān)QS2 控制啟動(dòng)和停止, 熱繼電器KH2為它的過載保護(hù)。
2.2.2 控制電路分析
1)主軸電機(jī)的控制。用SB1 和SB2 進(jìn)行主軸電機(jī)M1 的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。當(dāng)按SB2 時(shí),接觸器KM1 的線圈得電動(dòng)作,KM1 的常開觸點(diǎn)閉合,KM3 和KT 得電,KM1 和KM3 主觸點(diǎn)閉合使電機(jī)M1Y 形正轉(zhuǎn)降壓?jiǎn)?dòng), 當(dāng)KT 延時(shí)整定時(shí)間到時(shí),KT 延時(shí)常閉觸點(diǎn)斷開使KM3 失電,其Y 形接法主觸點(diǎn)斷開；KT 延時(shí)常開觸點(diǎn)閉合使KM2 得電,其主觸點(diǎn)閉合,電機(jī)M1 從Y 形轉(zhuǎn)換為△運(yùn)行。同理,按SB1 時(shí),電機(jī)M1 反轉(zhuǎn),同樣進(jìn)行Y 形啟動(dòng)、△運(yùn)行。
2)冷卻泵電機(jī)的控制。旋合組合開關(guān)QS2 使冷卻泵電機(jī)M2 啟動(dòng)運(yùn)行。
3)照明電路分析?？刂谱儔浩鱐C 的二次側(cè)輸出36V 電壓,作為機(jī)床低壓照燈電源,EL 為機(jī)床的低壓照明燈,由開關(guān)SA2 控制。
2.3 PLC 及其程序設(shè)計(jì)
2.3.1 PLC 選型和I/O 端口分配
根據(jù)以上機(jī)床主電路繼電控制要求分析,系統(tǒng)共需開關(guān)量輸入點(diǎn)5 個(gè),開關(guān)量輸出點(diǎn)4 個(gè),考慮系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)指標(biāo),擬選用三菱公司的FX2n—24MR 機(jī)型,該機(jī)基本單元有12 點(diǎn)輸入,12 點(diǎn)輸出,完全能滿足控制要求。輸入/輸出信號(hào)地址分配如表1 和表2。
2.3.2 PLC 控制電路接線圖
圖2 PLC 控制電路接線圖
為了保證安全,系統(tǒng)外部設(shè)置了急停控制電路,SB6 為電源供給按鈕, 當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí), 按下SB5,KM 線圈失電,KM 常開啟點(diǎn)斷開,PLC 失去電源,機(jī)床停止工作。
2.3.3 PLC 程序設(shè)計(jì)
根據(jù)繼電控制線路的工作要求, 用PLC 編制出控制電路的梯形圖,這樣將大大縮短機(jī)床電氣線路的安裝和維修時(shí)間。圖3 為C6140 普通機(jī)床控制線路的PLC 梯形圖。
圖3 PLC 梯形圖
3.結(jié)束語
PLC 具有很高的可靠性,所以PLC 控制系統(tǒng)的大部分故障主要來自于PLC 外部元件,用可編程序控制器(PLC)將普通機(jī)床改造為經(jīng)濟(jì)性數(shù)控機(jī)床,簡(jiǎn)單易行,可靠性高,抗干擾能力強(qiáng)。經(jīng)實(shí)踐證明,普通車床數(shù)控化改造后都能取得良好的效果,它尺寸精度非常穩(wěn)定,加工效率大大提高,具有一定的經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性和穩(wěn)定性,對(duì)中小型企業(yè)的技術(shù)改造非常有效。
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