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基於PLC與GOT的CA6140臥式車床進（jìn）給係統的改（gǎi）造計*

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

摘要：闡述了CA6140臥式車床控製的原理與存在的問題，並細述了采用可編程控製器、觸摸屏、編碼器、步進（jìn）驅（qū）動器和步進（jìn）電（diàn）機對CA6140臥式車床的（de）進給運動（dòng）自動控製的具體方法。從而實現了該車床智能化控製的目的（de）。實踐證明該方法經濟實效。對（duì）其他類型的機床或電氣設備的改造具有借鑒和指導意（yì）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製是通過轉動手柄來控製．要改變刀架的移動轉速，必須在刀架停（tíng）止（zhǐ）的（de）情況下進行．速度轉換時要轉動手柄。操作不便（biàn）。有時需要頻繁地更（gèng）換其主軸轉速，加快了齒輪之間的磨損。導致轉速達不到（dào）要（yào）求。此外，齒輪在工（gōng）作時，出（chū）現噪聲大（dà），啟動、傳動不平穩，換速時衝擊力大等問題。進給運（yùn）動的進給（gěi）量（liàng）是（shì）通過手輪來控製的，會出現手輪轉（zhuǎn）動後．存在一小段距離，刀架（jià）沒有移動。導致加工出現誤差。

1、調速改造方案的確定

未改造前（qián）．進給運動的轉速是由轉動（dòng）手柄在不同擋位來控製，即改變齒輪之間的齧合。其進給量（liàng）則由手輪控製。機床改（gǎi）造後，用步進電機代（dài）替溜板箱縱向移動的大手輪和控製中滑板橫向（xiàng）運動的小手輪，並通過編碼（mǎ）器實時反映距離，采用觸摸屏和PLC技術控製進給運動的進給量和進（jìn）給速度。

(1)調（diào）速原理

步進電機的轉速

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

步進電機的轉動圈（quān）數

由（yóu）式(2)可知，改變步進電（diàn）機（jī）的脈衝數可以改變步進電機（jī）轉動的圈數。進而改變移動的距離。

(2)PLC、步進電機、步進驅動器、觸摸屏（píng）和編碼器的選（xuǎn）擇

根據實際情況，係統需要控製2個步進電機，即PLC需要2個高速脈衝輸出．為方（fāng）便操作和（hé）保證係統的可見性。係（xì）統配備有觸摸（mō）屏．故（gù）所需PLC的點數較少，且要連接編碼器，需要晶體管輸出，最終選（xuǎn）擇型（xíng）號為FX3U一32MT的三菱PLC。由於代替手（shǒu）輪和手柄轉動的步進電機不需要（yào）太（tài）大力矩．選擇步進電機57BYG250B—SAFRMC-0152．其（qí）保持轉矩為0．7 Nm，步距角是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（xíng）號為E682一CWZ5B．觸摸屏選擇性價比較（jiào）高的型號為M儒104X的威綸觸摸屏（píng）。

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

表1 PLC輸入點的連（lián）接

編碼器1(與大手輪連（lián）接)的脈衝（chōng）與方（fāng）向端（duān）分別與X0、X1連接：編碼器2(與小手輪連接)的脈衝（chōng）與方向端分別（bié）與X3、X4連接：將一個急停按（àn）鈕（niǔ）與X6連接．用來（lái）緊急（jí）停止整個係統（tǒng）。

表2 PIC輸出點（diǎn）的連接（jiē）

輸出（chū）點（diǎn）YO用於（yú）給控製床鞍和溜板箱（xiāng）縱向移（yí）動大手輪（lún）的步（bù）進電機驅動器1發送高速（sù）脈衝：輸出（chū）點Y1用於給控製中滑板橫向運動手柄的步進電機驅動器（qì）2發（fā）送高速脈衝。連接到Y2、Y5的中（zhōng）間繼電器分別控製步進驅動器l和2的通電與斷電。輸出點Y3、Y6分別給步進驅動器（qì）1和2發送方向信（xìn）號，控製步進（jìn）電機l和2正轉。輸出（chū）點Y4、Y7則是使步進驅動器1和2脫機。

(4)PLC與步進驅動器、步進電機的連接PLC與步進驅動（dòng）器、步（bù）進（jìn）電機的連接如圖1和圖2所示。

圖1 步進驅動器1的（de）接法

圖2步進驅動器2的接法

(5)PLC與觸（chù）摸屏（píng）的通訊PLC與（yǔ）觸摸屏的通訊如（rú）表3所示．PLC與觸摸屏（píng）接13類（lèi）型（xíng）為RS-485 4W，通訊端口為COMl，通訊線（xiàn）：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（tōng）訊

(6)主軸（zhóu）速度和進給運動的控製

步進電機通過步進驅動器來控（kòng）製．即PLC通過（guò）步進（jìn）驅動器來控製步進電機。具體方法是PLC給步進驅動器輸（shū）出一個高速脈衝、方向和脫機信號。因為係統（tǒng）采用的是64細分．所（suǒ）以要將步進驅動器的刻（kè）度（dù）盤（pán）調到64細分。編（biān）碼器則連接到PLC的（de）輸（shū）入（rù）點，利用高速計數器記錄下脈（mò）衝數（shù）．進而通過程（chéng）序處理。反映出實時距離。

PLC開機初始化的程序如圖3所示。

圖3 PLC開（kāi）機初始化

當給（gěi）PLC上電時，M8002接通一個（gè）掃描周期，係統對MO—M100，DO—D100，C247一C248進行清（qīng）零。高速計數器計數並（bìng）轉換為距離和清零操作程序如圖4所示。

圖4高速計數囂計數（shù）並轉換為距離和清零操作

與縱向軸相連接的編碼器是通過（guò）式(1)進行距離轉換．編碼器的軸與齒數為120及模（mó）數為0．25的齒輪相（xiàng）聯。因此，可以求出齒輪的直徑

如圖4所示．當（dāng）PLC開機後。編碼（mǎ）器轉（zhuǎn）換程序一直在執（zhí）行，反（fǎn）映出進給移動的實時距（jù）離。編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（gāo）速計數器C247計數．然（rán）後（hòu）保存在寄（jì）存（cún）器D30中，之後（hòu）乘以9 577。結果保存在D35中。最（zuì）後除以200 000。結果保存在D39中。橫向編碼器的脈衝由高速計（jì）數器C248計數。然後保存在D40中，再除（chú）以400。把運算結果保存（cún）在D45中。對高（gāo）速計數器C247、C248的清零．則是在手動對完（wán）縱向和橫向（xiàng）刀後進行，確定零點位置。

主軸轉速和方向（xiàng）控製程序如圖5所示。

圖5主軸轉速和方（fāng）向控製

當M4接（jiē）通時，控製（zhì）主軸正轉；當（dāng）M8接通時（shí），控製主軸反（fǎn）轉：當M6接通時，停止（zhǐ）主軸轉動（dòng）。同時正轉和反轉設計了互鎖。即正、反轉之間的切換，必（bì）須要停止主軸。從（cóng）而保護了主軸電動機（jī）。

縱向進給速度、進給量和方向（xiàng）控製如圖6所示。

圖6縱向進給速度、進給量和方向控（kòng）製

當線（xiàn）圈M23接通時。線圈Y2通電，給步進驅動器l上電；當線圈M24接通時，則步進驅（qū）動器1斷電。當M25接通時，線圈（quān）Y4通電，給步進驅動器1發送脫機（jī）信號。M26和M27是手動分別控製步進電機的正反轉．即前進或後退（tuì）。當M28接通時，自動控製步進電機正轉：當M29接通時，自動控製步進（jìn）電機反（fǎn）轉。當M27或M29接通（tōng）時，切斷步進驅動器方向（xiàng）信號Y3，進而控製（zhì）步進電機反轉。當M28或M29接通時．M30自（zì）鎖（suǒ）．給步進驅（qū）動器輸出脈衝。其中DO和D4的（de）值可以根據需要進行改（gǎi）變．分別改（gǎi）變進給縱向的進給速度和進給（gěi）量。

橫向進給速度、進給（gěi）量和方向控製（zhì）的（de）程序如圖7所示。

圖7橫向進給速度、進給量和方向控製

當線圈M34接通時，給步進驅動器上（shàng）電：當線圈M36接通時，則斷電。當M38接通時．給步進驅動器2發送脫機信號Y7。M40和M42是手動分別控製步進電機的正反轉，即前進或後退。當（dāng）M43接通時，自動（dòng）控製步進（jìn）電機正（zhèng）轉；當M44接通時，自動控製步進電機反轉（zhuǎn）。當M42和M44接通時．切斷步進驅動器方向信號Y6．進而控製步進（jìn）電機反轉。當M43和M44接通（tōng）時，M46自（zì）鎖（suǒ）．給步進驅動器輸出脈衝。其中D8和D12的值可以（yǐ）根據需要進行（háng）改（gǎi）變．分（fèn）別改變進給橫向運動的轉動速度和進給（gěi）量。

進給運動的速度和進給量轉換如圖8所示。

圖8進給運（yùn）動的速度和進給（gěi）量轉換

當M52接通（tōng）時，將速度值D60根據式(1)轉換（huàn）為頻率保存在D0中；將進給（gěi）量D70根據式(2)轉換為轉動的圈數後．再轉變為脈衝（chōng）數保存在D4。當M54接通時，將速度值D75根據式(1)轉換為（wéi）頻率保存在D8中；將進給量D85根（gēn）據式(2)轉換為轉動的圈數後．再轉變為脈衝數保存在D12。

進（jìn）給運動的（de）橫（héng）向（xiàng）與（yǔ）縱向運動的控製如圖9所示。

圖9進給運動的橫向與縱向運動控製（zhì）

當M60接通時。M62自鎖。開始橫向運動；當所走距離值D35與所設距（jù）離值（zhí）D90相等時．M64接通，開始縱向運動：當所走距離（lí）值（zhí）D45與（yǔ）所設距離值D95相等時，複位M62，即停止運動。當M66接通時，M68自鎖，開始縱向運動；當所走距離值D45與所設距離（lí）值D95相等時．M70接（jiē）通．開始橫向運動（dòng）。當（dāng）所走距離值D35與所設距離值（zhí）D90相等時．複位M68，即停（tíng）止運動。當（dāng）M72接通時，M74自鎖，橫向和縱向運（yùn）動同時進行．當所（suǒ）走（zǒu）距離值與所設距離值相等時，複位M74。即停止運動。

2、結語

本（běn）設計從電氣控（kòng）製方案（àn）、元器件選（xuǎn）型（xíng）及機加工（gōng）係統現場環境等因（yīn）素綜合考慮．對CA6140車床的進給運動進行了電（diàn）氣化改造．改造後的（de）該設備控製電路簡單，穩定性和可（kě）靠性也增強。操作方便，實現了進給係統（tǒng）的自動化控製。進而提高了加工精度。

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