基于PLC的超精磨床電氣控制系統改造設計

劉慶倫

（中山火炬職業技術學院，廣東 中山 528436）

基于PLC的超精磨床電氣控制系統改造設計

劉慶倫

（中山火炬職業技術學院，廣東 中山 528436）

隨著科學技術的不斷發展，人們對磨削加工效率和質量的要求不斷提高。但是我國目前磨削加工設備與世界先進磨削設備仍然有較大差距，特別是在微型磨削、超精磨削等領域差距明顯。因此加強磨削設備的研究和改進，有助于滿足我國市場的需求，豐富我國磨削加工設備的品種，對于提高我國加工水平具有積極影響。

PLC；超精磨床；電氣控制系統

1 磨床國外國內發展及研究現狀

（1）磨床國外發展及研究現狀。磨床最早出現于1730年，當時英美等國家分別使用了磨床進行機械加工，但是當時的磨床是在車床的基礎上改造得到的，結構簡單且加工精度低，存在容易損壞工件的問題。直到1876年，美國夏普公司推出了一款萬能磨床，這是第一臺具有現代特征的磨床。進入20世紀后，自動檢測裝置的應用為磨床的發展帶來了新的方向；1950年后，高精度磨床的出現為鏡面磨削帶來了新的動力；1960年，美國推出了一款超高速磨床，速度可達60～80m/s；1970年后，隨著電子技術和計算機技術的出現，出現了數字控制磨床，能夠滿足機械精密加工的需求。

在1970年以前，磨床大多采用傳統低壓元件作為驅動器，直到1980年電子技術的發展為現代機械加工提供了新的發展方向，世界各國開始制造計算機數字控制（Computer numerical control，CNC）磨床。1985年，美國波蘭恩特公司研發了一款能夠自動更換工件和自動更換砂輪的磨床，標志著現代磨床進入了自動化控制的階段，其能夠根據加工工序和砂輪磨損程度自動更換工件和砂輪，減少了人工更換工件和砂輪的時間，能夠提高加工效率，提高企業的經濟效益。隨著現代電子技術、計算機技術的不斷發展，超精加工的需求不斷增長。因此，對于微型磨削加工的要求也不斷提升。為了能夠進行微型零件的加工，并且保障加工精度和質量，各國積極開展精密磨床的研究，并提出了超精磨床的概念。

（2）磨床國內發展及研究現狀。國內磨床發展時間較晚，技術水平與國外相比要低，我國于20世紀50年代末成功研發了第一代電子數控磨床，20世紀70年代初推出了第二代電子數控磨床，20世紀70年代中期推出了第三代集成電路數控磨床，20世紀70年代末期推出了第四代計算機數控磨床及第五代微處理器控制數控磨床。1990年以后，我國磨床發展雖然取得了一定的進步，但是從整體加工水平和數量分析，無法滿足現代微型工件加工的需求，并且國內在精細、高端工件加工方面都是采用國外先進的數控系統，僅有精度要求低、經濟型的零件加工才會使用國內數控系統。從中可以推斷，我國數控磨床的發展無法滿足國內市場的需求，國內磨床加工精度低，與國外磨床發展相比，仍存在一定的差距。目前許多磨床制造企業紛紛與各地研究院進行合作，從而滿足我國機械加工的需求。

（3）磨床發展趨勢。①現代化技術包括高速軸技術、高速驅動技術以及高精度導軌等技術，能夠讓磨床擁有更高的加工速度和精度，有助于保障微型零件的使用性能。②磨床功能的豐富能夠滿足現代加工的多種需求，有助于減少購買其他加工設備的成本，提高企業經濟效益。③零件的性能和質量是加工的首要目標，無論是微型零件或是普通零件，其精度和質量的要求也不斷提升，尤其是對于微型零件來說，磨削加工的要求也不斷提升。④隨著現代電子技術和數控技術的不斷發展，磨床逐漸向智能化發展，能夠實現故障診斷并通過通信技術向控制中心發出報告，有助于減少人力管理。⑤隨著人們環保意識的增強，機械設備的環保性能也越來越受到社會各界的重視，磨床正逐漸向低能耗發展。

2 基于PLC的超精磨床電氣控制系統改造設計

（1）傳統超精磨床電氣控制系統。傳統的超精磨床電氣控制系統的電氣部分主要是由砂輪、冷卻劑及液壓泵組成，其中冷卻劑是由接觸器實現控制的，液壓泵則是由另一個接觸器實現控制的，三臺機電均由繼電裝置進行電路保護。砂輪和冷卻劑共用同一個過熱繼電器，其主要負責過載保護，而液壓泵則是由另一個過熱繼電器實現過載保護。磨床的磨削功能主要是通過砂輪的高速旋轉實現的，輔助功能為工作態度的移動運動、砂輪架的橫向運動以及垂直軌道運動。一個工作循環的主要流程為：工作臺完成往返運動后，砂輪架進行一次不連續的橫向進給運動，待平面加工完成后，砂輪架進行一次不連續的垂直進給運動。

（2）基于PLC的超精磨床電氣控制系統。首先要確定PLC型號，通過分析加工要求和精度，本次研究采用的是OMRON C60P系列產品，該系統擁有較多的輸入點和輸出點。該磨床電氣結構主要是由潤滑機、冷卻劑、驅動機以及振動機等設備組成的，在正式加工前，先將潤滑機和冷卻劑開啟，然后再將驅動機打開，然后工件從磨砂經過后，再進行精磨處理，然后通過振動機實現零件的超精加工，保障加工的準確性。然后要確定各機電設備的保護裝飾，四臺機電都需要設置相應的開啟和關閉按鈕，能夠起到較好的控制措施，同時每個設備都需要設置一個環節開關。

（3）基于PLC超精磨床電氣控制系統設計。①該系統主要由工作區區域、配線區域、干線區域、管理區域、設備間區域等組成。在布線設計過程中，要綜合考慮語音、數據、圖像等數字信息以及多媒體、網絡系統和自控系統等方面的要求，要滿足語音等信息數據的互通，采用國家統一標準的配件，預留足夠的空間，從而滿足用戶的需求。在設計前，需要了解加工要求，確定各級系統的配置和要求、信息通訊的實際需求等。②需要遵循國家相關標準和建設原則，設計時需要考慮到用戶的要求，并充分預留足夠的空間，適應未來科學發展的需求。此外，考慮到智能化系統需要實現各系統之間的信息共享，從而保障各系統之間的科學性、合理性以及兼容性，能夠符合各廠家生產的產品要求，讓系統能夠適應現代科技進步的發揮。③安全系統包括監控體系、警報系統。監控體系設計的主要目的是實現對各個設備以及系統重要功能和功能場所進行科學管理，每個設備都有其功能，需要選擇不同規格的監控器。監控中心的錄像中必須記錄下監控機的編號、位置、時間以及日期等方面的信息。警報體系需要采用自動化故障診斷系統，同時安裝報警器，系統操作采用windows系統，能夠實現警報信息處理以及信息查詢等功能。④系統需要合理利用各項資源，盡量減少對設備功能區域的占用，各機電設備需要按照“同地共用”的原則進行建設，在設計過程中要明確各設備資源配置，并充分考慮到未來的容量。⑤該系統主要利用了現代信息技術和通信技術，將建筑內的智能設備向連接，采用信息技術和集成技術形成一個完整的系統，在計算機網絡的基礎上，利用windows系統實現人機互交，能夠跨平臺訪問數據庫，并建立智能化管理系統，從實現對控制系統的綜合管理和信息共享，進而為設備運行、維修管理、故障檢測等方面起到較好的應用效果。

3 結語

文章首先介紹了磨床國外國內發展及研究現狀，然后提出了基于PLC的超精磨床電氣控制系統改造設計，旨在推動我國超精磨床電氣控制系統發展。

［1］孟艷君,劉超.基于PLC的M7475磨床電氣控制系統改造［J］.裝備制造技術，2013，23（3）：68-69.

［2］王一勤.基于PLC的電解成型磨床電氣控制改造［J］.機床電器，2014，36（2）：46-48.

［3］馬汝彩.平面磨床電氣控制系統的PLC改造［J］.機床電器，2012，39（5）：32-35.

［4］孫福才,雍麗英.PLC在M7130型平面磨床中的應用［J］.黑龍江冶金，2014，23（2）：32-33.

［5］胡海斌.3MZ208軸承套圈內圓磨床電氣控制系統的改造［J］.軸承，2016，23（9）：15-17.

［6］侯玉秀.用PLC改造M8820軸承磨床的電氣控制系統［J］.長春理工大學學報，2014，27（3）：61-63.

Transformation Design of Electric Control System for Ultra Precision Grinding Machine based on PLC

LIU Qing-lun
（Zhongshan Torch Politechnic，Zhongshan，Guangdong 528436，China）

With the continuous development of science and technology，the grinding efficiency and quality of the requirements continue to improve.However，there is still a big gap between the grinding equipment and the advanced grinding equipment in the world，especially in the field of micro grinding，ultra precision grinding and so on.Therefore，strengthening the research and improvement of grinding equipment is good to meet the needs of our market，to enrich the variety of grinding equipment in China，to improve the level of processing.

PLC；ultra precision grinding machine；electric control system

TG580.2

A

2095-980X（2017）02-0088-02

2017-02-07

劉慶倫（1982-），男，山東煙臺人，碩士（在讀博士研究生），講師，主要研究方向：超精密銑削加。