X62W 萬能銑床的 PLC 改造設計
2017-3-21 來源：閩西職業技術學院 作者：陳元招
摘要:分析了X62W萬能銑床控制系統的工藝流程、主要功能及常見故障, 針對其控制系統存在的線路復雜、可靠性差、故障率高等缺點, 選用三菱FX3U-32MR為銑床控制系統核心, 通過PLC的I/O地址分配布置, 以及外部硬件接線和梯形圖程序設計, 完成銑床控制系統改造. 實踐證明改造后的銑床控制系統可靠、穩定, 提高了企業的生產效率。
關鍵詞:PLC; 銑床; 故障; 改造
0.引言
銑床是機械加工中使用比較廣泛的機床, 主要用來對各種零件進行平面、斜面、溝槽、齒輪及成型表面加工. 以常見的X62W萬能銑床為例, 可用圓柱銑刀、圓片銑刀及角度銑刀等多種刀具對各種零件進行加工. 目前, 中小型企業使用的X62W萬能銑床大部分采用傳統的繼電—接觸器控制. 由于繼電—接觸器控制線路設備老化, 接線復雜, 存在著控制失效、接觸不良等缺陷, 導致故障率較高, 且維護及檢修相對困難, 運行穩定性變差, 最終會降低機床加工精度, 無法滿足加工圖紙的工藝要求. 針對這些問題, 本文采用三菱PLC, 在原有X62W萬能銑床工藝加工不變的基礎上, 對傳統的繼電—接觸器控制系統進行PLC改造[1~3], 提高整個電氣控制系統的工作性能, 減少維修工作量, 為企業提供了更可靠的生產保證.
1. X62W 萬能銑床簡介
1.1 控制系統
X62W萬能銑床通過控制主軸帶動銑刀旋轉的主軸運動、工作臺六個方向的進給運動和工作臺旋轉的輔助運動進行零件銑削加工. 電氣控制電路如圖1所示, 主要由主軸轉動控制、進給傳動控制、冷卻泵控制、變壓器和照明及顯示電路組成. 主軸轉動由主軸電機M1控制, 升降臺及工作臺六個方向運動由進給電機M2控制, 銑削加工時冷卻液的供給由冷卻泵電機M3控制. 同時變壓器將380V降為36V安全電壓給照明電路及顯示電路供電, 轉換開關SA4控制銑床的照明.
圖1 X62W 萬能銑床電氣控制電路
1.2 控制功能
銑削加工時, 先通過轉向選擇開關SA5選擇轉向控制, 再合上電源開關QS, 對主軸電機M1進行兩地啟停及正反轉控制, 然后對工作臺進給電機M2的進給、聯鎖、快速移動進行控制以及輔助保護控制.
1.2.1 主軸的兩地啟停、正反轉控制
在零件銑削加工前, 先由轉向選擇開關SA5選擇正轉或反轉, 也就是進行順銑或逆銑. 同時為了方便操作控制, 分別在銑床的正面、側面裝啟動按鈕(SBl、SB2)和停止按鈕(SB3、SB4), 實現主軸電機的兩地啟?？刂? 為了讓銑床主軸上的銑刀快速停止, 采用定子串電阻反接制動, 提高銑削加工的效率和精度.
1.2.2 工作臺的進給、聯鎖、快速移動控制
主軸驅動后, 再進行工作臺進給傳動控制. SA1撥至“斷開”位置, SA1-1和SA1-3接通, SA1-2斷開, 通過兩個操作手柄和機械聯動機構控制相應的位置開關接通KM4或KM5控制線圈, 從而控制進給電機M2正轉或反轉, 實現工作臺的左右、上下和前后移動. 在同一時間內, 為確保操作安全, 工作臺只能進行一個方向的移動, 一個操作手柄(SQ2左、SQ1右)控制工作臺左右進給運動, 而另一個操作手柄(SQ4上、SQ3下、SQ3前、SQ4后)控制工作臺的上下和前后進給運動, 各手柄相互間有機械聯鎖作用. 同時工作臺左右移動與上下、前后移動之間的聯鎖控制是通過電氣聯鎖實現. 工作臺快速移動為點動控制, 在進給電機起動后, 按壓工作臺快速進給點動按鈕(SB5或SB6), 接通KM6控制線圈, 電磁鐵YB得電, 工作臺快速移動, 松開按鈕后, 工作臺按原來速度進行進給運動.
1.2.3 主軸和進給的變速沖動控制
主軸和進給運動的變速沖動控制通過變速盤選擇, 兩種運動都要求變速后做瞬時點動控制, 按下變速箱操作行程開關后, 立即停止. 由主軸變速箱操作行程開關SQ7實現主軸電機M1變速沖動控制, 并且主軸變速可在Ml停車時進行, 也可在M1運轉時進行. 進給變速箱操作行程開關SQ6實現進給電機M2變速沖動控制, 要求進給變速應在工作臺停止移動時進行.
1.2.4 輔助及保護控制
X62W萬能銑床除了主軸和工作臺的控制外, 還有一些輔助及保護控制電路. 變壓器輸出36V電壓供給局部照明電路, 由轉換開關SA4控制照明燈. 銑削加工時, 由轉換開關SA3控制冷卻泵的啟停. 當需要控制圓形工作臺時, 將SA1撥至“接通”位置, SA1-2接通, SA1-1和SA1-3斷開, 且與工作臺的六個進給方向
進行電氣聯鎖, KM4通電, M2拖動圓工作臺移動. 主軸、工作臺和冷卻泵的控制電路分別串接FRl、FR2、FR3熱繼電器的常閉觸點實現過載保護.
2. X62W 萬能銑床控制系統常見的故障
由于機械設備加工環境相對較差, X62W萬能銑床采用傳統的繼電—接觸器控制系統, 控制線路復雜, 長時間通電會使一些元器件或線路出現老化接觸不良等現象, 導致銑床無法正常工作[4]. X62W 萬能銑床控制系統常見的故障見表 1.
表 1 X62W 萬能銑床控制系統常見的故障
3. X62W萬能銑床控制系統的PLC改造設計
針對X62W萬能銑床控制系統出現故障率高, 可靠性差, 維修工作量大等問題, 在保證原銑床主電路和加工工藝流程不變的基礎上, 將對X62W萬能銑床控制系統進行PLC改造, 將原繼電器控制中的硬件接線改為用軟件編程來替代, 主要包括I/O地址分配、PLC的外部接線以及軟件程序設計[5]. X62W萬能銑床的工藝流程如圖2所示.
3.1 I/O 分配
根據X62W萬能銑床的控制面板的控制信號, 對其輸入、輸出信號地址進行分配, 其I/O地址分配見表2和表3。
表2 輸入信號地址分配
表 3 輸出信號地址分配
圖2 X62W 萬能銑床的工藝流程
3.2 PLC 的外部接線圖
通過對X62W萬能銑床的電氣控制系統分析, 選用三菱FX3U-32MR對其電氣控制系統進行PLC改造, 其外部接線如圖3所示. 同時為了增加控制系統的可靠性, 除了程序上采用軟繼電器的觸點互鎖外, 還分別對KM2與KM3, KM4與KM5進行硬件互鎖, 保證控制系統安全穩定.
3.3 PLC 的程序設計
根據X62W萬能銑床的控制電路功能及工藝流程, 結合PLC的I／O地址分配, 進行PLC程序設計. PLC梯形圖程序如圖4所示.
圖4 PLC 程序設計
4.結束語
采用FX3U-32MR對X62W萬能銑床控制系統進行改造, 按以上步驟進行安裝調試, 完全滿足銑床的控制要求. 通過PLC改造控制系統需要的投資少, 工作量較小, 銑床控制系統的穩定性和自動化程度得到提高, 運行的故障率大幅降低, 同時檢查維護方便, 經濟效益較顯著. 改造后的銑床經過企業生產運行的檢驗, 效果非常好, 非常適合當前國內經濟形勢, 用很小的技改投入來延長老設備的生命周期, 有良好的市場應用價值.
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