PLC软件在镗床控制系统中的应用与研究

来源:用户上传      作者: 李杨 武奇鹤

　　摘要：为了提高专用镗床的效率和加工精度及操作方便，把PLC和组态软件应用在专用镗床控制系统中。重点介绍其液压控制系统、PLC控制系统以及上位机组态的设计，并通过联机调试证明该控制系统的可行性，为相关机床控制系统的设计提供参考。
　　关键词：镗床；可编程控制器；控制系统；组态软件
　　
　　近几年来，国内外卧式镗铣床和落地铣镗床的技术发展非常快,其特点是产品结构不断更新，新技术应用层出不穷，工艺性能复合化，速度、效率不断提高，突出精细化制造。 卧式镗铣床的发展以其注入加速度概念而倍受关注，为高速运行作技术支撑的传动元件电主轴、直线电机、线性导轨等得到广泛应用，将机床的运行速度推向了新的高度。而主轴可更换式卧式镗铣加工中心的创新设计解决了电主轴与镗杆移动伸缩式结构各存利弊的不足，具有复合加工与一机两用的功效，也是卧式镗铣床的一大技术创新。落地式铣镗床的发展以其新的设计理念引领现代加工的潮流，以高速加工为理念的无镗轴滑枕式、多种铣头交换使用的结构型式尽显风采，大有替代传统铣削加工的趋势。以两坐标摆角铣头为代表的各种铣头附件成为实现高速、高效复合加工的主要手段，其工艺性能更广，功率更大，刚性更强，是落地铣镗床发展的一大突破。
　　1 卧式镗床的结构特点
　　卧式镗铣床的主要关键部件是主轴箱，安装在立柱侧面，也有少数厂家采用双立柱的热对称结构,将主轴箱置于立柱中间，这种结构最大特点是刚性、平衡性、散热性能好，为主轴箱高速运行提供了可靠保证。但是，双立柱结构不便于维护保养，是当今采用的厂家不多的原因。主轴箱移动多通过电机驱动滚珠丝杆进行传动，是主轴驱动核心传动装置，多采用静压轴承支承，由伺服电机驱动滚珠丝杆进行驱动。由于主轴转速越来越高，主轴升温快，现在，已有很多厂家将采用油雾冷却以替代油冷却，更有效地控制主轴升温，使其精度得到有效保证。主轴系统主要有两种结构型式，一种是传统的镗杆伸缩式结构，具有镗深孔及大功率切削的特点；另一种是现代高速电主轴结构，具有转速高，运行速度快，高效、高精的优点。
　　高速电主轴在卧式镗铣床上的应用越来越多，除了主轴速度和精度大幅提高外，还简化了主轴箱内部结构，缩短了制造周期，尤其是能进行高速切削，电主轴转速最高可大10000r/min以上。不足之处在于功率受到限制，其制造成本较高，尤其是不能进行深孔加工。而镗杆伸缩式结构其速度有限，精度虽不如电主轴结构，但可进行深孔加工，且功率大，可进行满负荷加工，效率高，是电主轴无法比拟的。因此，两种结构并存，工艺性能各异，却给用户提供了更多的选择。现在，又开发了一种可更换式主轴系统，具有一机两用的功效，用户根据不同的加工对象选择使用，即电主轴和镗杆可相互更换使用。这种结构兼顾了两种结构的不足，还大大降低了成本。是当今卧式镗铣床的一大创举。电主轴的优点在于高速切削和快速进给，大大提高了机床的精度和效率。卧式镗铣床运行速度越来越高，快速移动速度达到25～30m/min，镗杆最高转速6000r/min。而卧式加工中心的速度更高，快速移动高达50m/min，加速度5m/s2，位置精度0.008～0.01mm，重复定位精度0.004～0.005mm。
　　2 镗床电气控制
　　2.1 线路组成及动作原理
　　以一台M1为主轴与进给电动机为例，它属于4／2极结构的双速电动机，是△／YY的绕组接法。M2是实现快速进行移动的电动机。电动机M1是采用5只不同的接触器进行控制， KM1和KM2属于整个电动机的反、正两个接触器，KM3属于制动电阻的接触器，低速的运转是依靠KM4接触器完成，高速运转则是有KM5接触器实现。当主轴的电动机在正、反转遇见停车的时候，都是利用KV速度继电器进行控制，从而实现了反接的制动，同时还设有一个过载保护与短路保护。电动机M2的正反转的控制是由KM6、KM7接触器进行具体的实现。快速移动属于点动的控制，因此在M2短时的运行中，是不需要任何的过载对其进行保护。
　　2.2主轴电动机的正反转起动控制
　　电源开关Q闭合之后，HL信号灯就会亮，说明电源处于接通状态。是当地对镗头架与工作台的位置进行调试之后，就能进行主轴电动机M1的起动，从而拖动和起动了镗轴与平旋盘的正反转运行。依据正、反转起动的SB2、SB3按钮，正反转接触器KM1、KM2和中间继电器KA1、KA2等组成了主轴电动机的正反转起动控制的环节。同时还设有了高、低速开关SQ进行具体的选择。在主轴开始低速运转的时候，就可以把速度的手柄放到低速档上，此时，虽然行程开关SQ与速度手柄有联动，但不再受压，因此触点SQ(11-13)就会断开。如要使主轴电动机正转起动，则可按下正转起动按钮SB2。主轴低速运转时，将速度选择手柄置于高速档，经联动机构将行程开关SQ压下，触点SQ(11-13)闭合，这样，在KM3通电的同时，时间继电器KT也通电。于是，电动机M1在低速△接起动并经一定时限后，因KT通电延时断开的触点KT(14―23)断开，使KM4断电：触点KT(14―21)延时闭合，使KM5通电。从而使电动机M1由低速△接自动换接成高速YY接。构成了双速电动机高速运转起动时的加速控制环节，即电动机按低速起动再自动换接成高速运转的自动控制。
　　2.3 主轴电动机的点动控制
　　主轴电动机由正反转点动按钮SB4、SB5，接触器KM1、KM2和低速接触器KM4构成正反转低速点动控制环节，实现低速点动调整。点动控制时，由于KM3未通电，所以电动机串入电阻接成△接低速起动。点动按钮松开后，电动机自然停车，若此时电机转速较高，则可按下停止按钮SB1，但要按到底，以实现反接制动，实现迅速停车。
　　3 结语
　　在基于PLC的工业控制系统中， PLC对于用户来说是一个“黑盒子”。一旦出现故障，用户很难处理。为了保证控制系统的可靠性，除了从PLC的运行环境条件方面采取抗干扰措施外，控制系统的冗余设计是提高控制系统可靠性的有效措施，采取什么样的冗余处理技术是由控制系统的可靠性要求和项目成本决定的。
　　参考文献
　　[1]赵中敏，容错技术在数控机床中的应用[J]，组合机床与自动化加工技术，2009，(10)
　　[2]张江维，王翠茹，基于双CPU的冗余控制研究与实现[J]，机电工程技术，2011(4)

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