PLC軟件在鏜床控制系統(tǒng)中的應(yīng)用與研究

摘要：為了提高專用鏜床的效率和加工精度及操作方便，把PLC和組態(tài)軟件應(yīng)用在專用鏜床控制系統(tǒng)中。重點(diǎn)介紹其液壓控制系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)以及上位機(jī)組態(tài)的設(shè)計(jì)，并通過聯(lián)機(jī)調(diào)試證明該控制系統(tǒng)的可行性，為相關(guān)機(jī)床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：鏜床；可編程控制器；控制系統(tǒng)；組態(tài)軟件

近幾年來，國(guó)內(nèi)外臥式鏜銑床和落地銑鏜床的技術(shù)發(fā)展非常快，其特點(diǎn)是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不斷更新，新技術(shù)應(yīng)用層出不窮，工藝性能復(fù)合化，速度、效率不斷提高，突出精細(xì)化制造。"臥式鏜銑床的發(fā)展以其注入加速度概念而倍受關(guān)注，為高速運(yùn)行作技術(shù)支撐的傳動(dòng)元件電主軸、直線電機(jī)、線性導(dǎo)軌等得到廣泛應(yīng)用，將機(jī)床的運(yùn)行速度推向了新的高度。而主軸可更換式臥式鏜銑加工中心的創(chuàng)新設(shè)計(jì)解決了電主軸與鏜桿移動(dòng)伸縮式結(jié)構(gòu)各存利弊的不足，具有復(fù)合加工與一機(jī)兩用的功效，也是臥式鏜銑床的一大技術(shù)創(chuàng)新。落地式銑鏜床的發(fā)展以其新的設(shè)計(jì)理念引領(lǐng)現(xiàn)代加工的潮流，以高速加工為理念的無鏜軸滑枕式、多種銑頭交換使用的結(jié)構(gòu)型式盡顯風(fēng)采，大有替代傳統(tǒng)銑削加工的趨勢(shì)。以兩坐標(biāo)擺角銑頭為代表的各種銑頭附件成為實(shí)現(xiàn)高速、高效復(fù)合加工的主要手段，其工藝性能更廣，功率更大，剛性更強(qiáng)，是落地銑鏜床發(fā)展的一大突破。

1 臥式鏜床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

臥式鏜銑床的主要關(guān)鍵部件是主軸箱，安裝在立柱側(cè)面，也有少數(shù)廠家采用雙立柱的熱對(duì)稱結(jié)構(gòu)，將主軸箱置于立柱中間，這種結(jié)構(gòu)最大特點(diǎn)是剛性、平衡性、散熱性能好，為主軸箱高速運(yùn)行提供了可靠保證。但是，雙立柱結(jié)構(gòu)不便于維護(hù)保養(yǎng)，是當(dāng)今采用的廠家不多的原因。主軸箱移動(dòng)多通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲桿進(jìn)行傳動(dòng)，是主軸驅(qū)動(dòng)核心傳動(dòng)裝置，多采用靜壓軸承支承，由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲桿進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。由于主軸轉(zhuǎn)速越來越高，主軸升溫快，現(xiàn)在，已有很多廠家將采用油霧冷卻以替代油冷卻，更有效地控制主軸升溫，使其精度得到有效保證。主軸系統(tǒng)主要有兩種結(jié)構(gòu)型式，一種是傳統(tǒng)的鏜桿伸縮式結(jié)構(gòu)，具有鏜深孔及大功率切削的特點(diǎn)；另一種是現(xiàn)代高速電主軸結(jié)構(gòu)，具有轉(zhuǎn)速高，運(yùn)行速度快，高效、高精的優(yōu)點(diǎn)。

高速電主軸在臥式鏜銑床上的應(yīng)用越來越多，除了主軸速度和精度大幅提高外，還簡(jiǎn)化了主軸箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)，縮短了制造周期，尤其是能進(jìn)行高速切削，電主軸轉(zhuǎn)速最高可大10000r/min以上。不足之處在于功率受到限制，其制造成本較高，尤其是不能進(jìn)行深孔加工。而鏜桿伸縮式結(jié)構(gòu)其速度有限，精度雖不如電主軸結(jié)構(gòu)，但可進(jìn)行深孔加工，且功率大，可進(jìn)行滿負(fù)荷加工，效率高，是電主軸無法比擬的。因此，兩種結(jié)構(gòu)并存，工藝性能各異，卻給用戶提供了更多的選擇。現(xiàn)在，又開發(fā)了一種可更換式主軸系統(tǒng)，具有一機(jī)兩用的功效，用戶根據(jù)不同的加工對(duì)象選擇使用，即電主軸和鏜桿可相互更換使用。這種結(jié)構(gòu)兼顧了兩種結(jié)構(gòu)的不足，還大大降低了成本。是當(dāng)今臥式鏜銑床的一大創(chuàng)舉。電主軸的優(yōu)點(diǎn)在于高速切削和快速進(jìn)給，大大提高了機(jī)床的精度和效率。臥式鏜銑床運(yùn)行速度越來越高，快速移動(dòng)速度達(dá)到25～30m/min，鏜桿最高轉(zhuǎn)速6000r/min。而臥式加工中心的速度更高，快速移動(dòng)高達(dá)50m/min，加速度5m/s2，位置精度0.008～0.01mm，重復(fù)定位精度0.004～0.005mm。

2 鏜床電氣控制

2.1 線路組成及動(dòng)作原理

以一臺(tái)M1為主軸與進(jìn)給電動(dòng)機(jī)為例，它屬于4／2極結(jié)構(gòu)的雙速電動(dòng)機(jī)，是△／YY的繞組接法。M2是實(shí)現(xiàn)快速進(jìn)行移動(dòng)的電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)M1是采用5只不同的接觸器進(jìn)行控制， KM1和KM2屬于整個(gè)電動(dòng)機(jī)的反、正兩個(gè)接觸器，KM3屬于制動(dòng)電阻的接觸器，低速的運(yùn)轉(zhuǎn)是依靠KM4接觸器完成，高速運(yùn)轉(zhuǎn)則是有KM5接觸器實(shí)現(xiàn)。當(dāng)主軸的電動(dòng)機(jī)在正、反轉(zhuǎn)遇見停車的時(shí)候，都是利用KV速度繼電器進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)了反接的制動(dòng)，同時(shí)還設(shè)有一個(gè)過載保護(hù)與短路保護(hù)。電動(dòng)機(jī)M2的正反轉(zhuǎn)的控制是由KM6、KM7接觸器進(jìn)行具體的實(shí)現(xiàn)。快速移動(dòng)屬于點(diǎn)動(dòng)的控制，因此在M2短時(shí)的運(yùn)行中，是不需要任何的過載對(duì)其進(jìn)行保護(hù)。

2.2主軸電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)起動(dòng)控制

電源開關(guān)Q閉合之后，HL信號(hào)燈就會(huì)亮，說明電源處于接通狀態(tài)。是當(dāng)?shù)貙?duì)鏜頭架與工作臺(tái)的位置進(jìn)行調(diào)試之后，就能進(jìn)行主軸電動(dòng)機(jī)M1的起動(dòng)，從而拖動(dòng)和起動(dòng)了鏜軸與平旋盤的正反轉(zhuǎn)運(yùn)行。依據(jù)正、反轉(zhuǎn)起動(dòng)的SB2、SB3按鈕，正反轉(zhuǎn)接觸器KM1、KM2和中間繼電器KA1、KA2等組成了主軸電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)起動(dòng)控制的環(huán)節(jié)。同時(shí)還設(shè)有了高、低速開關(guān)SQ進(jìn)行具體的選擇。在主軸開始低速運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，就可以把速度的手柄放到低速檔上，此時(shí)，雖然行程開關(guān)SQ與速度手柄有聯(lián)動(dòng)，但不再受壓，因此觸點(diǎn)SQ(11-13)就會(huì)斷開。如要使主軸電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)起動(dòng)，則可按下正轉(zhuǎn)起動(dòng)按鈕SB2。主軸低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，將速度選擇手柄置于高速檔，經(jīng)聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)將行程開關(guān)SQ壓下，觸點(diǎn)SQ(11-13)閉合，這樣，在KM3通電的同時(shí)，時(shí)間繼電器KT也通電。于是，電動(dòng)機(jī)M1在低速△接起動(dòng)并經(jīng)一定時(shí)限后，因KT通電延時(shí)斷開的觸點(diǎn)KT(14—23)斷開，使KM4斷電：觸點(diǎn)KT(14—21)延時(shí)閉合，使KM5通電。從而使電動(dòng)機(jī)M1由低速△接自動(dòng)換接成高速YY接。構(gòu)成了雙速電動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)起動(dòng)時(shí)的加速控制環(huán)節(jié)，即電動(dòng)機(jī)按低速起動(dòng)再自動(dòng)換接成高速運(yùn)轉(zhuǎn)的自動(dòng)控制。

2.3 主軸電動(dòng)機(jī)的點(diǎn)動(dòng)控制

主軸電動(dòng)機(jī)由正反轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)按鈕SB4、SB5，接觸器KM1、KM2和低速接觸器KM4構(gòu)成正反轉(zhuǎn)低速點(diǎn)動(dòng)控制環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)低速點(diǎn)動(dòng)調(diào)整。點(diǎn)動(dòng)控制時(shí)，由于KM3未通電，所以電動(dòng)機(jī)串入電阻接成△接低速起動(dòng)。點(diǎn)動(dòng)按鈕松開后，電動(dòng)機(jī)自然停車，若此時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速較高，則可按下停止按鈕SB1，但要按到底，以實(shí)現(xiàn)反接制動(dòng)，實(shí)現(xiàn)迅速停車。

3 結(jié)語

在基于PLC的工業(yè)控制系統(tǒng)中， PLC對(duì)于用戶來說是一個(gè)“黑盒子”。一旦出現(xiàn)故障，用戶很難處理。為了保證控制系統(tǒng)的可靠性，除了從PLC的運(yùn)行環(huán)境條件方面采取抗干擾措施外，控制系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)是提高控制系統(tǒng)可靠性的有效措施，采取什么樣的冗余處理技術(shù)是由控制系統(tǒng)的可靠性要求和項(xiàng)目成本決定的。

參考文獻(xiàn)

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