基（jī）於PLC與GOT的CA6140臥式（shì）車床進給係（xì）統的改造計*-螺紋加工（gōng）機床網-數控機床（chuáng）市場網

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基於PLC與GOT的（de）CA6140臥（wò）式車床進給係統的改造計*

2016-9-2 來源：廣東石（shí）油化工學院機電工程學院作者：喬東凱趙晶英陳軍（jun1）廖輝

摘要：闡述了CA6140臥式車床控製的原理與存在的問題，並（bìng）細述了（le）采用可編程（chéng）控製器、觸摸屏、編碼器、步進驅（qū）動器和步進電機對（duì）CA6140臥式車床的進（jìn）給運動自動控製（zhì）的具體（tǐ）方法。從而實（shí）現了該車床智能化控製（zhì）的目的。實踐證明該方法經濟實效。對其他類型的機床或電氣設備的改造具有借鑒和指導意義。

關鍵詞：可編（biān）程控製器；觸摸屏；車床；編碼器；步進電機

0、引言

CA6140臥式車床進給的轉速控（kòng）製是通過（guò）轉動手柄來控製．要改變刀架的移（yí）動轉速，必須（xū）在刀架停止的情況下進行．速度轉換時要轉動手柄（bǐng）。操作（zuò）不便。有時需要頻繁地更換其主軸轉速，加快了（le）齒輪之間的磨損。導（dǎo）致轉（zhuǎn）速達不到要求。此外，齒輪（lún）在工作時，出現噪聲大（dà），啟（qǐ）動、傳動不平穩，換速時衝擊力大等問（wèn）題。進給運動的進給量是通（tōng）過手輪來控製的，會出現手輪轉動後（hòu）．存在一小段距離（lí），刀架沒有移動。導（dǎo）致加工出現（xiàn）誤差。

1、調速改造方案的確定

未改造前．進給運（yùn）動的轉速是由轉動手柄在不同（tóng）擋位來控製，即改變（biàn）齒輪之間的齧合。其進給量則由手輪控製。機床改（gǎi）造後，用步進（jìn）電機代替溜板箱縱向移動的大（dà）手輪和控製中滑（huá）板橫向運動的小手輪，並通（tōng）過編碼器實時反映距（jù）離，采（cǎi）用觸摸屏和PLC技術控（kòng）製進（jìn）給運動的進給量和進給速度。

(1)調速原理

步進電機的（de）轉速

由式(1)可知，改變步進電機的頻率就（jiù）可以調節進給速度，並且其頻率可在一定範圍內變化。所以轉速調節範圍寬。

步進電機的轉動（dòng）圈數

由式(2)可知，改變步進電機的脈衝數可以改（gǎi）變步進電機轉動的圈（quān）數。進而改變移動的距離。

(2)PLC、步進電機、步進驅動器、觸摸屏和編碼器的選擇

根（gēn）據實際情況，係統需要（yào）控製2個步進電機（jī），即PLC需要2個高速脈衝輸出．為方便操作和保證係統的可見性。係統配備有觸摸屏（píng）．故所需PLC的點（diǎn）數較少，且要連接編（biān）碼器，需要晶體管（guǎn）輸出，最終選擇型號為FX3U一32MT的三菱PLC。由於代替手輪（lún）和手柄轉動的步進電機不需要太大力矩．選擇步進電機（jī）57BYG250B—SAFRMC-0152．其保持轉矩為0．7 Nm，步（bù）距角是1．80，相數為2相。相應地選擇步進驅動器為SH一20402A。編碼器選擇型號為E682一CWZ5B．觸摸屏（píng）選擇性價（jià）比較高的型號為（wéi）M儒104X的威綸觸摸屏。

(3)PLC輸入、輸（shū）出點的連接PLC輸入點、輸（shū）出點的連接如表l、表2所示。

表1 PLC輸入點的（de）連接（jiē）

編碼器1(與大手輪連接)的脈衝與方向端分別（bié）與X0、X1連接：編碼器2(與小手輪連接)的脈衝（chōng）與方向端分（fèn）別與X3、X4連接：將一個急停（tíng）按鈕與X6連接．用來緊（jǐn）急停止整個係統。

表2 PIC輸出點的連接

輸出點YO用於給控製床鞍和溜板箱縱向移動大手輪的步進電機（jī）驅動器1發送高速脈衝：輸出（chū）點Y1用於給控製中滑板（bǎn）橫向運動手柄的步進電機驅動器2發送高（gāo）速（sù）脈衝（chōng）。連接到Y2、Y5的中間繼電器分別控製步進驅動器l和（hé）2的通電與斷電。輸出點Y3、Y6分別給步進（jìn）驅動器1和2發送方（fāng）向信號，控製步進電機l和2正轉。輸出點Y4、Y7則是使步（bù）進驅動器1和2脫機。

(4)PLC與（yǔ）步進驅動器、步進電機的連接PLC與步進驅（qū）動器、步進電機的（de）連接如圖1和圖2所示。

圖1 步進驅動器1的接法

圖2步進驅動器2的接法

(5)PLC與觸摸屏的通訊PLC與觸摸屏的通訊（xùn）如表3所示．PLC與觸摸屏接13類型為RS-485 4W，通訊端口（kǒu）為COMl，通訊線：觸摸屏（píng）(公頭)1、2、3、4,5對應PLC(公頭)4、7、1、2、3。

表3 PIG與艟摸屏的通訊

(6)主軸速度和進（jìn）給運動的控製

步進電機通過步進（jìn）驅動器來控製．即PLC通（tōng）過步進驅動（dòng）器來控製步進電機。具體方法是PLC給步進驅動器輸出一個高速脈（mò）衝、方向和脫機信號。因為（wéi）係統采用的是64細分．所以要將步進驅動器的刻度盤調到64細分。編碼器則連接到PLC的輸入點，利用高速計數器記錄（lù）下（xià）脈衝數．進而通過程序處理。反映出實時距離。

PLC開機初始化的程（chéng）序如圖3所示。

圖3 PLC開機初始化

當給PLC上電時（shí），M8002接通一（yī）個掃描周（zhōu）期，係統對MO—M100，DO—D100，C247一C248進行清零。高（gāo）速計數（shù）器計數並轉換為距離和清零操（cāo）作（zuò）程序如（rú）圖4所示。

圖4高速計（jì）數囂計數並轉換為距離和清零（líng）操作

與縱向（xiàng）軸相連接（jiē）的（de）編碼器是（shì）通（tōng）過式(1)進（jìn）行距（jù）離（lí）轉換．編碼器（qì）的（de）軸與齒數為120及模數為0．25的齒輪相聯。因此（cǐ），可以（yǐ）求出（chū）齒輪的直（zhí）徑

如圖4所示．當PLC開機後。編碼器轉換程序一直在執（zhí）行，反映出進給移動的實時距離。編（biān）碼器輸出的脈衝用高速計數器計數。縱向編碼器的脈衝由高速計數器C247計數（shù）．然後保存在寄（jì）存器D30中，之後乘以9 577。結果保存在D35中。最後除以200 000。結果保存在D39中。橫向編碼器的脈衝由高速計數器C248計數（shù）。然後保存在D40中，再除以400。把運算結果（guǒ）保存在D45中。對高速計數器C247、C248的清零．則是（shì）在手動對完縱向和（hé）橫向刀後進行，確定零點位置。

主（zhǔ）軸轉（zhuǎn）速和方向控製程（chéng）序（xù）如圖5所示。

圖5主軸轉速和方向控製

當M4接（jiē）通時，控製主軸正轉；當M8接通時，控製主軸反轉：當M6接（jiē）通時，停（tíng）止主軸轉動。同時正轉和反轉設計了互鎖。即正、反轉之（zhī）間的切（qiē）換，必（bì）須要停止主軸（zhóu）。從而保（bǎo）護了主軸電動機。

縱（zòng）向進（jìn）給速度、進給量和方向控製如圖6所示。

圖6縱向進給速度、進給量和方向（xiàng）控製

當線圈（quān）M23接通時。線圈Y2通電（diàn），給步進驅動器l上電；當線圈M24接通（tōng）時，則（zé）步進驅動器1斷電。當M25接通時，線圈Y4通電，給步進（jìn）驅動器1發（fā）送脫機信號。M26和M27是手（shǒu）動分別控製步進電機的正反轉．即前進或後退。當M28接通時，自（zì）動控製步進電機正（zhèng）轉：當（dāng）M29接通（tōng）時，自動控製步進電機反（fǎn）轉。當M27或M29接通時（shí），切斷步進驅動器方向信號Y3，進而控製步進電機反轉（zhuǎn）。當M28或M29接通時．M30自鎖（suǒ）．給步進驅動器輸出脈衝。其中（zhōng）DO和（hé）D4的值可（kě）以根據需要進行改變．分別（bié）改變進給縱向（xiàng）的進給速度和進給量。

橫向進給速度、進給量和方向控製的程序如（rú）圖7所（suǒ）示。

圖7橫向（xiàng）進給（gěi）速度（dù）、進給量和（hé）方向控製

當線圈M34接通時（shí），給步進驅動（dòng）器上電（diàn）：當線圈（quān）M36接（jiē）通時，則（zé）斷電。當M38接（jiē）通（tōng）時．給步進驅（qū）動器（qì）2發送（sòng）脫機信號Y7。M40和（hé）M42是手動分別控製步進電機的正反轉，即前進或後退。當M43接通時，自動控（kòng）製步進電（diàn）機正轉；當M44接通時，自動控製步進電機反轉。當（dāng）M42和M44接通時．切斷（duàn）步進驅動器方向信號Y6．進而控製步進電機反轉。當M43和M44接通時，M46自鎖．給步進驅動器（qì）輸出脈衝。其中D8和D12的值可以根據（jù）需要進行改變（biàn）．分別改變進給橫向運動的轉動速度和進給量。

進給運動的速度和進給量轉換如（rú）圖8所示。

圖8進給運動的速度和（hé）進給量轉（zhuǎn）換

當M52接通時，將速度值D60根據式(1)轉換為頻率保存在D0中（zhōng）；將進給量D70根據（jù）式(2)轉換為轉動的圈數後．再轉變為脈衝數保（bǎo）存（cún）在D4。當M54接（jiē）通時，將速度值D75根據式(1)轉換為頻率保存在D8中；將進給量D85根據式(2)轉換為轉動的圈數後．再轉變（biàn）為脈衝數保存在D12。

進（jìn）給運動的橫向與縱向運動的控製（zhì）如圖9所示。

圖（tú）9進給運動的橫向與縱向運（yùn）動控製

當M60接通時。M62自鎖。開始橫向運動；當所（suǒ）走距離值D35與所設距離值D90相等時（shí）．M64接通，開始縱（zòng）向運（yùn）動：當所走距離值D45與所（suǒ）設距（jù）離值D95相（xiàng）等時（shí），複位M62，即停止運動。當M66接通時，M68自（zì）鎖，開始（shǐ）縱向運動；當所走距離（lí）值D45與所設距離值D95相等時．M70接通（tōng）．開始橫向運動。當所走距離值D35與所設距離（lí）值D90相等（děng）時（shí）．複位M68，即停止（zhǐ）運動。當M72接通時，M74自（zì）鎖，橫（héng）向和縱向（xiàng）運動同時進行．當（dāng）所走距離值與所（suǒ）設（shè）距離值相等時，複位M74。即停止運動。

2、結語

本設計從電氣控製（zhì）方案、元器件選型及機加工係統現場環境等因素綜合考慮．對CA6140車床（chuáng）的進給運動進行了電氣化改造．改造後（hòu）的該設備控製電路簡單，穩定性和可靠性（xìng）也增（zēng）強。操作方便，實現了進給係統的自動化控製。進而提高了加工（gōng）精度。

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