【论文-控制设计】基于PLC的普通机床数控化控制系统改造.pdf

2 0 0 8年 2月 第 2期(总第 1 1 1 期)广 西轻工 业 G u A N G J o I N A L o F L I G H T I N D u s T R Y 机械 与电 气 基于 P L C的普通机床数控化控制系统改造 蒋洪(广西机 电职业技术学院，广西南宁 5 3 0 0 0 7)【摘 要】介绍可编 程控制器(P L c)在C W6 1 4 0 机床改造中的 应用，对P L C在数控系 统控制下 所完 成的 控制功能 作简单 阐述 并给出了P L C的控制电路接线图和梯形图。【关键词】可编 程控制器；车床改造 【中图分类号】T M 5 7 【文献标识码】A 【文章编号】1 0 0 3 2 6 7 3(2 0 0 8)0 2 4 2 0 2 1 前 言 在保证质量的前提下考虑如何提高生产效率，是企业提高 竞争生存能力的条件之一。在机械加工企业中，有许多老式普通 机床，为了能使这些老式机床适应目前复杂零件批量、多品种的 加工，充分挖掘利用普通机床潜力，就需要对普通机床进行机电 体化改造。数控技术是先进制造技术的基础，它综合应用了计 算机、控制技术、电气传动、传感检测、液压气动、网络通信、光电 技术、自动化、柔性化、集成化为基础的精密机械制造和管理信 息等发展起来的高新技术。作为数控加工的主体设备，数控机床 是典型的机电一体化产品，数控机床的高精度、高效率及高柔性 决定了大力推广使用数控机床是提高制造能力和水平，适应市 场需求和提高竞争能力的主要物质基础条件之一。近几年随着微电子技术、计算机技术、集成技术以及 自动 控制技术的发展，P L C的功能越来越强大，功能模块越来越多，可以在小型 P L C机上实现大型机的功能。本文提出了利用 P L C控制步进电动机和机床主轴来实现机床的数控化改造。2 车床改造前后的对比 金属切削加工是改变零件形状的方法之一，从毛坯到成 品，使零件加工成符合生产需要的形状和尺寸。数控机床是以 编程控制器(P L C)微处理器为核心的一种新型工业控制装置，具有体积小、功能强、编程简单、可靠性强等优点，将加工信号 传递到机床的数控系统，通过伺服系统按程序 自动进行加工，检测设置是由传感器和传动电机组成，根据闭锁系统反馈的信 号来控制、修正运动部件的偏移量，保证了零件加工的精确度。由于数控机床是根据控制器输出的信号 自动按工艺完成所需 的加工工作，减少了由操作人员接在普通机床加工时为保证零 件按图标定的诸如直径的上下偏差、长度公差、形位公差、吃刀 距、超出距所造成的重复开停机、调整、测试等一系列浪费时间 的工作，并且保证产品质量。以普通车床为例，将一根直径 4 0 mm、长 5 0 0 mm的坯料加工至直径=3 6，精度要求不柱度为 0 0 5 mm的轴。普通车床车削时所需的机动时间T应该为：由 n=1 0 0 0 X v 叮 r XD=1 0 0 0X1 0 0 3 1 4X 4 0=7 9 6 r p m 式中：v 一车床主轴速度D 一工件坯料直径 因：L=l+y+A=5 0 0+2+2=5 0 4 m m 式中：卜 车刀所移动的距离y 一吃刀距(mm)l 一工件待加工长度 一超出距(mm)【作者简介】蒋 洪(1 9 6 7 一)，男，助理讲师，广西机电职业 技术学院 教师。4 2 T=LXh sX nxt=5 0 4X 2 0 8X 7 9 6X 2=0 7 9mi n 式中：T 一机动时间 h 一切削厚度 s 一走刀量 n 一工件每分钟转数 t _-切削深度 除以上能以轴、转速及走刀量等有据可依能算出的走刀时 间外，其余的如为保证尺寸精度必须小心谨慎地给定进给量前 的刀尖与工件表面的对刀，然后以拖板的刻度为参考小心进 刀，试车一定长度后，停机检测(最多为两次)，确信与图纸的要 求相符后才进行车削，其中所需的时间只能按实际操作加上人 为制定给出该项工作所耗费的工时，设定此所需 的时间为 0 5 mi n 时，则普通车床的实际用时T 应为：T=T+0 5=0 79+0 5=1 29 mi n 改装(P L C)后的车床，转由编程控制器(P L C)发出的信号 完成所须的加工工序，由于车床的横向进给实现了自动化，程 序应为：以车刀刀尖为基准点，控制车刀刀尖按指令给定的以 主轴中心轴线为基准进到所需加工的轴的半径距离时，横向进 给自锁，依照信号进行纵向切削工作，省去了由人工操作加工 中所需的反复开停车及检测用时，因此，从以上的加工一根简 单的 4 0X 5 0 0(mm)的轴可以得出：如果改装后数控车床的 转速、切削用量等和普通车床相同，则数控机床所需的实际用 时为：rr，=0 7 9mi n 普通车床与改装(P L C)可编程控制器后的车床的实际时 间差为：T 一r r，=1 2 90 7 9=0 5 mi n 由此可见改装(P L C)控制后车床的机动时比普通车床的 用时省却了0 5 mi n，工效将近提高了一倍，对于批量生产的产 品，不仅节省了大量的时间，还提高了控制系统的可靠性和准 确性，为企业提供了更可靠的自动化生产保障，提高了经济效 益。3 以 CW6 1 4 0型普通车床为例，把继 电控制 改造 为 PL C控制 3 1 改造分析(1)根据机床电气控制原理图(图 1)的控制状态，选择合 适 的 P L C机型；(2)列出P L C输入、输出I O分配表(表 1、表 2)；维普资讯 http:/(3)画出 P L C控制电路接线图(图 2)；(4)画出 P L C梯形图(图3)，并编制程序；一 1 _-Jj n j 1 ll I J 般 l 竹 群 图 1 CW 6 1 4 0型普 通车床 电气控制线路原理 图 3-2 电气控制线路分析 C W6 1 4 0型普通车床电气控制线路原理图如图 1 所示。图 中分主电路、控制电路和照明、信号电路。3 2 1 电路分析 主电路中有两台电机，M 为主轴电机，带动主轴旋转和刀 架作进给运动；M 为冷却泵。三相交流电源通过转换开关 Q s 引入，主轴电机 M 由接 触器控制启动，热继电器 F R 为主轴电机 M 的过载保护。冷却泵电机 M：由组合开关 Q s：控制启动和停止，热继电 器 F R：为它的过载保护。3 2 2 控制 电路分析(1)主轴电机的控制。当按 5 B：时，接触器 KM 的线圈获 得电动作，同时 KM 的常开触点闭合，KM，和 K T得电，K M 和 KM，主触点闭合时电机 M 星形正转降压启动，当KT延时约 3 5 S时，K T延时常闭触点断开使 K M，失电，其星形接法主触 点断开；K T延时常开触点闭合使 K M：得电，其主触点闭合，电 机 M。从星形转换为三角形运行。同理，按 S B 时，电机 M 反转(星形一三角形启动)。(2)冷却泵电机的控制。旋合组合开关 Q S 使冷却泵电机 M2启动运行。(3)照明电路分析。控制变压器 T C的二次侧输出 3 6 V电 压，作为机床低压照灯电源，E L为机床的低压照明灯，由开关 S A：控制。3 3 P L C及其程序设计 3 3 1 P L C选型和 I o 端 口分配 根据以上机床主电路继电控制要求分析，系统共需开关量 输入点 5个。开关量输出点 4个，考虑系统的经济性和技术指 标，拟选用三菱公司的微型机 F x 2 n 一1 6 M R机型，该机基本单 元有 8点输入，8 点输出，完全能满足控制要求。输入，输出信 号地址分配如表 1 和表 2。表 1 输入信号地址分配表 地 址)(。o o )(o 0 X她2 Xo ,3 )(o 墨堕 过载 保 护F Rl 璺堡 堡竺一 一 停止 S B 表 2 输出信号地址分配表 名称 一外接嚣件 地址 继 电器 K MI Yo 00 继电器 K M2 Y n 0 I 继电器 K M3 Y 0 继电器 K M4 Y 0 0 3 3 3 2 P L C控制 电路接 线图 为了保证安全，系统外部设置了急停控制电路，s B 为电源 供给按钮，当系统出现故障时。按下 S B ，K M线圈失电，K M常 开启点断开。P L C失去电源。机床停止工作。P L C控制电路接线 如图 2 所示。图 2 P L C 控 制 电 路 接 线 图 3 3 3 P L C程序设 计 当按 S B 时，x。o。的常开触点闭合，Y。o。、Y。0，和 T。得电，接触器 K M。的线圈获得电动作，同时 KM。和 KM 主触点闭合 时电机 M 星形正转降压启动，当 T 0 延时约 3 5 s时，T O延时 常闭触点断开使 KM 失电，其星形接法主触点断开；T 0 延时常 开触点闭合使 KM，得电。其主触点闭合，电机 M 从星形转换 为三角形运行。同理，按 S B 时，X。的常开触点 闭合，接触 器 K M：的线圈获得电动作，电机 M1 反转(星形一三角形启动)。根 据以上要求编制 P L C控制梯形图(图 3)及由梯形图写出P L C 控制指令程序。编程如下：LD X000 0R Y0 0 0 ANI YOO1 AND X0 0 2 图 3 P L C梯形图 M l 电机 正传 反 角 亘 接(下转第 t 3 6页)4 3 维普资讯 http:/ 任一项，但为了求得更精确期间，在相邻刻度间加入一中间值，形成 9个评价等级。表 2是通过专家调查法获取的各评价因素 的权重。表 2 BA权重量 固童 也 n 4 l 1 4 4 5 l 5 l O 6 4 1 5 9 4 1 l 3 8 (2)C B 权重量和 C A权重量的计算 利用层次分析法和专家调查法计算 C B和 C A权重量，构造判断矩阵，并且对判断矩阵进行一致性检验(计算过程 略)，计算出各因素的权重量。7 评价结果 在计算 C层因素对 A的组合权重的过程 中：C R=0 0 0 1 0 1 0，层次总排序的结果可以接受。8 开发区土地规划对环境影响的结论 8 1 评价结论 根据文中确定的土地规划对青岛市经济技术开发区影响 评价的各指标的标准化分值和权重，逐层对各指标的标准值进 行加权乎均，即得到土地规划对区域环境影响的最终得分，见 表 3。表 3 从表 3可以看出，从总体上看，开发区土地规划对区域环 境的影响是正面的，并且在很多方面取得了显著的成效。8 2 存在问题及今后努力的方向 从具体指标的评价上来看，开发区的土壤环境我们要进一 步的改良，森林覆盖率不是很高；生物多样性水平不高，应进一 步加强。因此我们要采取相应的环境保护措施。参考文献【1】肖波 环境影响评价分析】，环境导报、1 9 9 9，(2)：2 6 2 8 【2】扬枫等德 国规划的环境影响评价方法和步骤评价】中国土地科 学，2 0 0 3，1 7(4)：5 8-6 4 【3】李航等 战略环境评价与区域环境影响评价】环境保护，2 0 0 3，(1)：34-36 【4】于开芹等 城市土地可持续刺用评价指标体系的构建原理与方法研 究】西北农林科大学学报(自然科学版)、2 0 0 4，(3)：6 O 一 6 1 【5】邱 东 多指 标综合评 价方法 的 系统分析【M】，北 京：中国物 价 出版社，2 0 01 【6】Ad g e r W h i t b y E n v i r o n me n t a l i mp a c t a s s e s s me n t i n f o r e s t r y 【7 Mu r l i s J I n t e g r a t e d e n v i r o n me n t a l a s s e s s me n t：A n u r b a n p e m p e c fi v e J o u r n a l o f E n v i r o n me n t a l S c i e n c e s，1 9 9 9，1 1(3)：2 6 4 2 7 1 (上接第 4 3页)AND X003 AND X004 0UT Y0 0 0 LD X001 0R Y0 01 ANI Y0 0 0 AND X002 AND X0 03 AND X004 0UT Y0 01 LD Y000 0R Y0 0l MPS ANI Y002 0UT T0 K3 0 MR0 L D T 0 0R Y0 0 2 ANB ANI Y003 0UT Y0 0 2 MP P ANI T0 ANI Y002 0UT Y0 03 END 采用简易编程器或设置有三菱 P L C开发软件的电脑，把 编制的程序输入固化到可编程控制器的存储器内，并进行调试 运行，直到完全达到要求的控制功能为止。4 结束语 P L C具有很高的可靠性。所以P L C控制系统的大部分故障 主要来 自于 P L C外部元件，用可编程序控制器(P L C)将普通机 床改造为经济性数控机床，简单易行，可靠性高，抗干扰能力强。经实践证明，普通车床数控化改造后都能取得良好的效果，它 尺寸精度非常稳定，加工效率大大提高，具有一定的经济性、实 用性和稳定性，对中小型企业的技术改造非常有效。参考文献【1】弭洪涛，王 忠礼 P L C 实用技术【M】科学 出版社，2 0 0 6 【2】丁炜，魏孔平 可编程控制器在工业控制中的应用【M】化学工业 出版 社 2 0 0 6 维普资讯 http:/