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PLC、變頻器（qì）技術在車床係統改造中的運用與實踐研究

2017-3-16 來源（yuán）：棗莊職業（yè）學院作者：陳豔

摘要：工業（yè）生產需（xū）要大量有效的機械設備協同運作，在有效的機械設備支持下，產品生產的質量和效率得（dé）到大幅提（tí）升，傳統的繼電器（qì）控製係統用於工（gōng）業生產中經常出（chū）現（xiàn）故障，影響（xiǎng）生產的進行，為了提升產品生產質（zhì）量，我們需要對傳統的車床係統加以改造，並（bìng）將 PLC、變頻器技術應用於車床係統之中，從而保證車床的穩定與質量（liàng）的提升。

關鍵詞：PLC；變頻器技術；車床；係統；改造

由我國沈陽（yáng）研製的 CA6140 普通車床廣泛應用於工業生產（chǎn）之中，在機床製造行業屬於熱銷機械設備（bèi），它是一種金屬切削機床，可以用（yòng）於車削外（wài）圓、內圓、螺紋、螺杆等，它的主（zhǔ）軸電機係統（tǒng）是采用機械齒輪（lún）箱，實現有級的調速，運用機械換向構造實施正反轉（zhuǎn）的調控。在當前企業（yè）生產形（xíng）勢變化的條件下，傳統的 CA6140 車床需要進（jìn）行（háng）機械設備（bèi）改造，采用 PLC、變頻器技術相整合的手段（duàn），對普通車床的電氣控製係統進行改造，從而從現實實踐應用角度出（chū）發，提升機械設備的利用率，確（què）保機（jī）床的高效、節能（néng）、穩定和可（kě）靠。

1.傳統 CA6140 普通車床的電氣控製係統要求

在傳統的（de） CA6140 普通（tōng）車床之中，由不同的構成部件，包括：主軸箱、進給箱（xiāng）、溜板箱、刀架（jià）、絲杠等，其沿用已久的電氣控製原理（lǐ）圖（tú），如（rú）圖 1 所示：

圖1 CA6140 型車床電氣控製原理圖

原有的控製係統是在三相鼠（shǔ）籠式異步電動機的拖動之下完成的，由三台電動機負（fù）責（zé）控製，它們（men）分別是：主軸電動機 M1，冷卻（què）泵電動機 M2，刀架快速移動電動機 M3，在這三台電動機設備中主要是依（yī）靠三個接觸器實現有效的車床係（xì）統控製，這三個接觸（chù）器分別為：KM1、KM2、KM3。

該傳統電（diàn）氣（qì）控製係統的主軸電動機（jī）負責主軸主運動以及（jí）刀具的縱橫（héng）向運動，在主軸電動機的驅動下，用（yòng）機械換向機構（gòu）實現正反轉動（dòng）作。同時，由（yóu）於（yú）對速度有一定（dìng）的（de）要求，因（yīn）而，要采用機械變速的手段（duàn），並依賴於主軸箱的齒輪變速（sù）箱和主軸電動機的（de）鏈接，來實現對機械的調速要求。

冷卻泵電動機 M2 主要是負責在車削加工時，拖動（dòng）冷卻泵，再由（yóu）輸出冷卻液（yè）對（duì）刀具和加工件的表麵進行冷卻。在實現冷卻動作的過程中，冷卻（què）泵電動機（jī）是呈單向旋（xuán）轉，並在主軸電動機啟動運行（háng）之後（hòu）才（cái）可啟動，待主軸電動（dòng）機停（tíng）車之後，冷卻電動機（jī）旋即停止。由此可見，冷卻電動機與（yǔ）主軸電動機之間具（jù）有一定的順序關係。

快速移動電（diàn）動機負責拖動溜板箱（xiāng），在點動控製的前提下，操作機械手柄裝置，對刀架實現不同方位的改變，實現溜板箱的快速移動。

CA6140 普通車（chē）床之中的三台電（diàn）動機都是全壓直接（jiē）起動，其容量（liàng）較小，並且要（yào）配（pèi）備（bèi）照明電路、信（xìn）號指示電路及保護。

2.PLC 應用於（yú）車（chē）床電（diàn）氣係統改造（zào）的設計思路

伴隨著科技手段的不斷改進和提高，可編程控製器———PLC 技術在電氣領域顯現出明顯（xiǎn）的優勢和應用（yòng）價值（zhí）。在對工業生產的車（chē）床電氣係統實踐分析中發現，傳統的車床電（diàn）氣係統極易出現故障（zhàng），因而有（yǒu）必（bì）要對其進行改造（zào）。在將 PLC 技（jì）術應用於車（chē）床電氣係統的改造之前，要進行實際情況的具體分析（xī），首先要對原有的繼電器、接觸器等實施嚴格有效（xiào）的控製（zhì）；然後，還要保證係統（tǒng）改造不能改變原有車床的加工工藝和性能，要使主軸電（diàn）動機具有正反轉啟停（tíng）的功能及（jí）正轉動功能。同時，對原有係統的改造不能改變傳統電器（qì）控製係統中（zhōng）的各個按鈕及其（qí）他元件（jiàn）的（de）功能，采用較好的電機保護措施（shī），以確保其正常有效運行。

3.變頻器對主軸（zhóu）電動機的改造控製設計

傳統的 CA6140 型車床主軸的正轉速度和反轉（zhuǎn）速度分別有 24種和 12 種，利用齒輪箱，實現機械控製下的有級調速。在車床運（yùn）動的振動過程（chéng）中，主軸（zhóu）電動機可以通過 V 帶，將動力傳遞給主軸箱，從而減小振動（dòng）。在（zài）用車床進（jìn）行車削螺紋時，是借助於機械換向機構實現主軸的正反轉運動。另外，齒輪箱、換向機構也在金屬（shǔ）材料成本、齒輪設計精度、維護等（děng）方麵，顯現出較（jiào）大的缺陷。

將變頻器技術應用於車床係統改造之中，可以替代（dài）車床齒輪變速訂的機械傳動，實現電機起動、製動的自動控製及電（diàn）機特性曲線的調節。以三菱 FR—A500 變頻器為例（lì），主（zhǔ）軸電動機在變頻電路通斷多段速端口的控製下，可以獲取更多的速度選擇。電機的正反轉控製也可以利用控製電路通斷變頻器實現正轉（zhuǎn）、反轉的起動。同時，在變（biàn）頻（pín）器（qì）技術之下，可以輸入電機的（de）多種運行曲線，對電機進行特性曲線的科學而優化的控製。值（zhí）得一提的是，變頻器技術還具有過電流、過電（diàn）壓、過熱、缺（quē）相的保護功能，對於係統的故障實現了故障（zhàng）報警功能，為係統提供了穩定、安（ān）全的現代化調（diào）度、監控（kòng）平台。

基於 PLC、變頻（pín）器技（jì）術下的主軸電動機控製，由圖 2 可以顯示：

圖 2 PLC、變頻器、觸摸屏結束結合對主軸電動機的控製

4.PLC、變頻器技術（shù）對車床電路的改造設計

以三菱 FX2N—32MR 型為例，利用 PLC、變頻器技術對 CA6140車床進行（háng）控製改造：

4.1 運用 PLC 改造傳統車床中的控製電（diàn）路（lù）

首先，我們需（xū）要對傳統車床的 PLC 改造的電路端口配置進行描述，其配置如表 1 所示：

其次，還要清晰展示出 PLC 輸入輸出端口（kǒu）接線圖（tú），如圖 3 所示：

圖 3 PLC 輸入（rù）輸出端口（kǒu）接線圖

同時，我們需要加以注意的是，運用 PLC 輸出驅動技術，在車床係統的電路部分中，主要有繼電器、信號燈、照明燈，它們的電源支持供電功率分別為（wéi）：110V、6V、24V，鑒於這一考慮，需要在輸（shū）出端口上（shàng），加以分開：Y0～Y3 共用 COM1，其支持電（diàn）源為（wéi） AC110V；Y4～Y7 共用 COM2，其支持（chí）電源（yuán）為 AC6V；Y10～Y13 共用 COM3，其支持電源為AC24V。由此可知，對於傳統車床的PLC 改造技術，可以實現梯形的控製，如圖 4 所示：

4.2 PLC、變頻器技（jì）術整合下對傳統車床的改造運用

PLC 端口（kǒu）配置，並添加整合旋轉編碼器等傳感器（qì），在實時的主軸電（diàn）動機運作過程中，實現轉速、方向等參數的實（shí）時監控和相（xiàng）關數據的采集，通常情況下，速度信號可以經由 PLC高速計數器輸入接口（kǒu），在參數的計算之（zhī）後進行 PLC 程序的（de）編製加工。同時，PLC 輸（shū）出端口還（hái）要協同變頻器實現（xiàn）正轉（zhuǎn）、反轉方向的啟（qǐ）動，全麵改進傳統車床係統。綜上所述，應現代化工業生產的（de）要求，傳統的 CA6140 車床（chuáng）係統需要加以改造和優（yōu）化，可以采（cǎi）用新型的 PLC、變頻器技術，對傳統車床的機械傳動部分和電路係統部分，加以精度的提升和穩定安全程度的（de）提高，增（zēng）強現代化機床的自動化、智能（néng）程度（dù），優化數（shù）控車床的性（xìng）能。

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