鏜床自動(dòng)控制系統(tǒng)改造

劉宇 聶瑛達(dá)

摘 要： 隨著我國(guó)工業(yè)水平不斷提高，制造裝備水平也得到前所未有的發(fā)展，數(shù)字化智能化裝備大量應(yīng)用，而這些都離不開(kāi)先進(jìn)的制造業(yè)。由些可見(jiàn)，制造業(yè)設(shè)備的革新變得越來(lái)越重要，特別是機(jī)床設(shè)備的革新對(duì)制造業(yè)的發(fā)展起著制約作用，鏜床是一種具有綜合加工能力的精加工機(jī)床，目前我國(guó)機(jī)械加工企業(yè)中還有較多半自動(dòng)機(jī)床，已經(jīng)不能滿(mǎn)足現(xiàn)在工藝要求，所以機(jī)床自動(dòng)化改造有較好前景。

關(guān)鍵詞：鏜床；自動(dòng)化；可編程控制器

1 前言

金屬切削機(jī)床中鏜床是綜合加工性能較高的裝備，也是精加工機(jī)床之一，在金屬切削機(jī)床中也是比較常見(jiàn)的。

其中主運(yùn)動(dòng)為主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和花盤(pán)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；進(jìn)給運(yùn)動(dòng)為主軸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、花盤(pán)刀具溜板的徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，鏜頭架（主軸箱）的垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、工作臺(tái)的橫向進(jìn)給與縱向進(jìn)給；輔助運(yùn)動(dòng)為 工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)，后立柱的水平移動(dòng)以及尾架的垂直移動(dòng)。由于鏜床的工藝范圍廣，因此，調(diào)速范圍大，運(yùn)動(dòng)形式多。其電氣系統(tǒng)有如下的特點(diǎn)：

（1）為了加工各種工件需要較大的主軸轉(zhuǎn)速范圍.目前隨著電子技術(shù)的發(fā)展，晶閘管控制的可變速度系統(tǒng)已得到了廣泛的使用，而傳統(tǒng)臥式鏜床主要運(yùn)動(dòng)多采用交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的滑動(dòng)齒輪有級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，一級(jí)，二級(jí)和三速鼠籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，也有用雙速或三速電動(dòng)機(jī)。

（2）鏜床進(jìn)給和銑床有類(lèi)似的地方，一臺(tái)電機(jī)控制多個(gè)進(jìn)給方向，而且各進(jìn)給部分應(yīng)能相互關(guān)聯(lián)，這就需要鏜床有很好的調(diào)速范圍，多數(shù)鏜床采用齒輪變速機(jī)構(gòu)，也有少數(shù)鏜床用多電機(jī)驅(qū)動(dòng)。一般機(jī)床也都配有快速電機(jī)，單獨(dú)控制機(jī)床快速移動(dòng)。普通鏜床位置控制一般用行程開(kāi)關(guān)，主控采用繼電器接觸器控制，控制誤差、反應(yīng)時(shí)間、使用壽命都與晶體管PLC控制有很大差距。

2 自控系統(tǒng)的改造原則

在改造鏜床自控控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)，并遵循鏜床工藝原則：

（1）機(jī)床改造時(shí)，要充分計(jì)算系統(tǒng)容量，為今后設(shè)備工藝擴(kuò)展，系統(tǒng)升級(jí)留好基點(diǎn)；

（2）做好設(shè)備可靠性設(shè)計(jì)，保證操作者安全；

（3）目前用于替代傳統(tǒng)工藝的多軸數(shù)控機(jī)床應(yīng)用已經(jīng)比較普遍，價(jià)格也在下降，改造機(jī)床目的是提高老舊設(shè)備利用率，因此改造機(jī)床以經(jīng)濟(jì)實(shí)用，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，維修方便為宜。

（4）結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，不求“高大上”，充分聽(tīng)取生產(chǎn)一線人員意見(jiàn)，深入調(diào)查，盡可能滿(mǎn)足工藝需求和方便操作，提高生產(chǎn)率。

3 自動(dòng)控制系統(tǒng)改造的具體做法

具有數(shù)字控制裝置的自動(dòng)化鏜床控制系統(tǒng)主要由觸摸屏操作單元、可編程控制器、位置控制單元、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元、伺服電機(jī)、主軸調(diào)速、低壓電器控制單元、控制柜、操作站點(diǎn)、電纜及輔助材料等組成。

改造后具備數(shù)控機(jī)床特點(diǎn)的鏜床應(yīng)有如下功能：能夠編程另加加工程序，由數(shù)控系統(tǒng)完成自動(dòng)加工插補(bǔ)計(jì)算處理，主軸可以實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速，軟啟動(dòng)，并能實(shí)現(xiàn)速度反饋。刀架能夠完成自動(dòng)伸縮，刀桿移動(dòng)，會(huì)參考點(diǎn)等動(dòng)作的控制。進(jìn)給系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)多軸聯(lián)動(dòng)，伺服控制。輔助裝置冷卻系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)有可編程控制器控制完成。能實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話(huà)，人機(jī)界面友好便于操作，顯示器觸屏提供控制所需所有界面和按鈕。程序能夠儲(chǔ)存，有報(bào)警，檢測(cè)，過(guò)載保護(hù)，軟硬行程保護(hù)，位置反饋等功能。可保留手動(dòng)操作。下面僅對(duì)改造系統(tǒng)中部分設(shè)備進(jìn)行研究，具體配置如下（僅供參考）：

3.1 觸摸屏操作單元

采用觸摸屏操作單元作為操作工作站和人機(jī)接口，完成加工程序的編制、保存和下載，設(shè)備和狀態(tài)的監(jiān)控，故障、報(bào)警、幫助信息的顯示等。利用其良好的人機(jī)操作界面可輕松控制刀架的加工坐標(biāo)，控制其縱、徑向距離，故完全能夠代替高成本的CNC系統(tǒng)。我選用OmronNB7W-TW00B觸摸屏，10英寸屏幕，65000真色LED，內(nèi)置USB Type-A/B（Slave）接口，擁有RS232/485/Ethernet通訊口。兼容標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言的宏指令，大容量128M內(nèi)存（包括系統(tǒng)）。支持多語(yǔ)言功能和畫(huà)面監(jiān)控。其抗干擾性能和防塵防潮都能滿(mǎn)足一般企業(yè)加工車(chē)間要求，并且價(jià)格適中。

3.2 可編程控制器（PLC）

采用西門(mén)子S7-200可編程控制器作為現(xiàn)場(chǎng)控制裝置，通過(guò)預(yù)存或編輯程序，完成鏜床縱向的快速移動(dòng)和工作移動(dòng)及兩者之間的切換控制，鏜床縱向工作移動(dòng)的速度控制，主軸電機(jī)的啟動(dòng)、鏜刀桿徑向移動(dòng)的位置和速度控制、系統(tǒng)的連鎖及互鎖控制、執(zhí)行觸摸屏操作單元編制和調(diào)用的過(guò)程等。可編程控制器位置控制單元相當(dāng)于執(zhí)行模塊，其位置控制模塊完成與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的電氣接口，并完成單軸、開(kāi)環(huán)移動(dòng)控制所需要的功能和性能。3.3交流伺服電機(jī)交流伺服電機(jī)也是無(wú)刷電機(jī)，分為同步和異步電機(jī)，目前運(yùn)動(dòng)控制中一般都用同步電機(jī)，它的功率范圍大，可以做到很大的功率。大慣量，最高轉(zhuǎn)動(dòng)速度低，且隨著功率增大而快速降低。因而適合做低速平穩(wěn)運(yùn)行的應(yīng)用。可以選用臺(tái)達(dá)ASDA-A2系列，它是針對(duì)當(dāng)今工控市場(chǎng)對(duì)于運(yùn)動(dòng)控制的高性能標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)計(jì)的。容量范圍 ： 0.1kW～7.5kW， 接受光學(xué)尺與編碼器信號(hào)支持全閉回路控制，高靈活性的內(nèi)部位置編程模式提供內(nèi)部位置編輯功能，可規(guī)劃運(yùn)行路徑。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)工業(yè)水平不斷提高，制造裝備水平也得到前所未有的發(fā)展，數(shù)字化智能化裝備大量應(yīng)用，而這些都離不開(kāi)先進(jìn)的制造業(yè)。由些可見(jiàn)，制造業(yè)設(shè)備的革新變得越來(lái)越重要，特別是機(jī)床設(shè)備的革新對(duì)制造業(yè)的發(fā)展起著制約作用，鏜床是一種具有綜合加工能力的精加工機(jī)床，目前我國(guó)機(jī)械加工企業(yè)中還有較多半自動(dòng)機(jī)床，已經(jīng)不能滿(mǎn)足現(xiàn)在工藝要求，所以機(jī)床自動(dòng)化改造有較好前景。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：劉宇，黑龍江七臺(tái)河人，本科，講師，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)。