基于PLC的普通机床数控化控制系统改造

基于PLC的一般机床数控化限制系统改造摘要:介绍可编程限制器(PLC)在CW6140机床改造中的应用，对PLC在数控系统限制下所完成的限制功能作简洁阐述,并给出了PLC的限制电路接线图和梯形图。关键词:可编程限制器；车床改造1

前言在保证质量的前提下考虑如何提高生产效率，是企业提高竞争生存实力的条件之一。在机械加工企业中，有很多老式一般机床,为了能使这些老式机床适应目前困难零件批量、多品种的加工，充分挖掘利用一般机床潜力，就须要对一般机床进行机电一体化改造。数控技术是先进制造技术的基础，它综合应用了计算机、限制技术、电气传动、传感检测、液压气动、网络通信、光电技术、自动化、柔性化、集成化为基础的精密机械制造和管理信息等发展起来的高新技术。作为数控加工的主体设备，数控机床是典型的机电一体化产品，数控机床的高精度、高效率与高柔性确定了大力推广运用数控机床是提高制造实力和水平，适应市场需求和提高竞争实力的主要物质基础条件之一。近几年随着微电子技术、计算机技术、集成技术以与自动限制技术的发展，PLC的功能越来越强大，功能模块越来越多，可以在小型PLC机上实现大型机的功能。本文提出了利用PLC限制步进电动机和机床主轴来实现机床的数控化改造。2

车床改造前后的对比金属切削加工是变更零件形态的方法之一，从毛坯到成品，使零件加工成符合生产须要的形态和尺寸。数控机床是以编程限制器（PLC）微处理器为核心的一种新型工业限制装置，具有体积小、功能强、编程简洁、牢靠性强等优点，将加工信号传递到机床的数控系统，通过伺服系统按程序自动进行加工，检测设置是由传感器和传动电机组成，依据闭锁系统反馈的信号来限制、修正运动部件的偏移量，保证了零件加工的精确度。由于数控机床是依据限制器输出的信号自动按工艺完成所需的加工工作，削减了由操作人员接在一般机床加工时为保证零件按图标定的诸如直径的上下偏差、长度公差、形位公差、吃刀距、超出距所造成的重复开停机、调整、测试等一系列奢侈时间的工作，并且保证产品质量。以一般车床为例，将一根直径40、长500毫米的坯料加工至直径=36，精度要求不柱度为0.05毫米的轴。一般车床车削时所需的机动时间T应当为：由

n=1000×v／π×D=1000×100／3.14×40=796转/分式中：ｖ—车床主轴速度

D—工件坯料直径因：

L=l+y+△=500+2+2=504毫米式中：L—车刀所移动的距离

y—吃刀距（毫米）

l—工件待加工长度

△—超出距（毫米）

T=L×h/s×n×t=504×2/0.8×796×2=0.79分钟式中：T—机动时间

h—切削厚度

s—走刀量

n—工件每分钟转数

t—切削深度

除以上能以轴、转速与走刀量等有据可依能算出的走刀时间外，其余的如为保证尺寸精度必需当心谨慎地给定进给量前的刀尖与工件表面的对刀，然后以拖板的刻度为参考当心进刀，试车肯定长度后，停机检测（最多为两次），确信与图纸的要求相符后才进行车削，其中所需的时间只能按实际操作加上人为制定给出该项工作所耗费的工时，设定此所需的时间为0.5分钟时，则一般车床的实际用时T′应为：

T′=T+0.5=0.79+0.5=1.29（分钟）改装（PLC）后的车床，转由编程限制器（PLC）发出的信号完成所须的加工工序，由于车床的横向进给实现了自动化，程序应为：以车刀刀尖为基准点，限制车刀刀尖按指令给定的以主轴中心轴线为基准进到所需加工的轴的半径距离时，横向进给自锁，依照信号进行纵向切削工作，省去了由人工操作加工中所需的反复开停车与检测用时，因此，从以上的加工一根简洁的φ40×500（毫米）的轴可以得出：假如改装后数控车床的转速、切削用量等和一般车床相同，则数控机床所需的实际用时为T″=0.79(分钟)。一般车床与改装（PLC）可编程限制器后的车床的实际时间差为：

T′－T″=1.29－0.79=0.5(分钟)由此可见改装（PLC）限制后车床的机动时比一般车床的用时省却了0.5分钟，工效将近提高了一倍，对于批量生产的产品，不仅节约了大量的时间，还提高了限制系统的牢靠性和精确性，为企业供应了更牢靠的自动化生产保障，提高了经济效益。3

以CW6140型一般车床为例，把继电限制改造为PLC限制3.1

改造分析1）依据机床电气限制原理图（图1）的限制状态，选择合适的PLC机型；2）列出PLC输入、输出I/O安排表（表1、表2）；3）画出PLC限制电路接线图（图2）；4）画出PLC梯形图（图3），并编制程序；图1

CW6140型一般车床电气限制线路原理图3.2

电气限制线路分析

CW6140型一般车床电气限制线路原理图如图1所示。图中分主电路、限制电路和照明、信号电路。3.2.1

电路分析

主电路中有两台电机，M1为主轴电机，带动主轴旋转和刀架作进给运动；M2为冷却泵。

三相沟通电源通过转换开关QS1引入，主轴电机M1由接触器限制启动，热继电器FR1为主轴电机M1的过载爱护。

冷却泵电机M2由组合开关QS2限制启动和停止，热继电器FR2为它的过载爱护。3.2.2限制电路分析（1）主轴电机的限制。当按SB2时，接触器KM1的线圈获得电动作，同时KM1的常开触点闭合，KM3和KT得电，KM1和KM3主触点闭合时电机M1星形正转降压启动，当KT延时约3~5S时，KT延时常闭触点断开使KM3失电，其星形接法主触点断开；KT延时常开触点闭合使KM2得电，其主触点闭合，电机M1从星形转换为三角形运行。同理，按SB1时，电机M1反转（星形—三角形启动）。（2）冷却泵电机的限制。旋合组合开关QS2使冷却泵电机M2启动运行。（3）照明电路分析。限制变压器TC的二次侧输出36V电压，作为机床低压照灯电源，EL为机床的低压照明灯，由开关SA2限制。3.3

PLC与其程序设计

3.3.1

PLC选型和I/O端口安排依据以上机床主电路继电限制要求分析，系统共需开关量输入点5个，开关量输出点4个，考虑系统的经济性和技术指标，拟选用三菱公司的微型机FX2n—16MR机型，该机基本单元有8点输入，8点输出，完全能满意限制要求。输入/输出信号地址安排如表1和表2。

表1

输入信号地址安排表名称外接器件地址正转（启动）SB2X000反转SB1X001过载爱护FR1X002过程爱护FR2X003停止SBX004表2输出信号地址安排表名称外接器件地址继电器KM1Y000继电器KM2Y001继电器KM3Y002继电器KM4Y0033.3.2

PLC限制电路接线图为了保证平安,系统外部设置了急停限制电路，SB6为电源供应按钮，当系统出现故障时，按下SB5，KM线圈失电，KM常开启点断开，PLC失去电源，机床停止工作。PLC限制电路接线如图2所示。图2

PLC限制电路接线图3.3.3

PLC程序设计：当按SB2时，X000的常开触点闭合，Y000、Y003和T0得电，接触器KM1的线圈获得电动作，同时KM1和KM4主触点闭合时电机M1星形正转降压启动，当T0延时约3~5S时，T0延时常闭触点断开使KM4失电，其星形接法主触点断开；T0延时常开触点闭合使KM3得电，其主触点闭合，电机M1从星形转换为三角形运行。同理，按SB1时，X001的常开触点闭合,接触器KM2的线圈获得电动作,电机M1反转（星形—三角形启动）。依据以上要求编制PLC限制梯形图（图3）与由梯形图写出PLC限制指令程序。

图3

PLC梯形图编程如下:LD

X000OR

Y000ANI

Y001AND

X002AND

X003AND

X004OUT

Y000LD

X001OR

Y001ANI

Y000AND

X002AND

X003AND

X004OUT

Y001LD

Y000OR

Y001MPSANI

Y002OUT

TOK30MROLD

TOOR

Y002ANBANI

Y003OUT

Y002MPPANI

TOANI

Y002OUT

Y003END

采纳简易编程器或设置有三菱PLC开发软件的电脑，把编制的程序输入固化到可编程限制器的存储器内，并进行调试运行，直到完全达到要求的限制功能为止。4

结束语PLC具有很高的牢靠性,所以PLC限制系统的大部分故障主要来自于PLC外部元件,用可编程序限制器(PLC)将一般机床改造为经济性数