黃志忠，楊 偉，陳秋香

(河源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電子與信息工程學(xué)院，廣東 河源 517000)

金屬帶鋸床是一種采用帶鋸條作為切削工具的金屬鋸床，主要用于鋸切金屬型材，包括圓材、型鋼、塊料等.自動下料問題由來已久，由于自動最優(yōu)下料問題在應(yīng)用上可以提高生產(chǎn)效率、節(jié)約成本，理論上它又是可以實現(xiàn)的，具有重要的研究價值.但是，普通帶鋸床由人工完成上下料，存在著勞動強度大、效率低、安全性差等諸多問題.以河源職業(yè)技術(shù)學(xué)院為例，隨著學(xué)院的發(fā)展和機電類專業(yè)學(xué)生人數(shù)的不斷增加，機械類實訓(xùn)需要的各種規(guī)格的金屬材料量越來越大.為了適應(yīng)這種發(fā)展趨勢，采用自動化的操作手段來減輕勞動強度、提高生產(chǎn)效率、降低制造成本、減少人力資源的投入已成為必然的趨勢.

基于PLC與變頻器的控制帶鋸床技術(shù)可實現(xiàn)自動傳送和夾緊工件，使零件的加工完全自動化，達到高節(jié)拍、高自動化的目標(biāo)，實現(xiàn)無人操作的高效率生產(chǎn)，充分滿足現(xiàn)代化、高節(jié)奏生產(chǎn)的要求，具有很好的市場前景.

1 存在的問題

對于普通帶鋸床而言，壓力和液壓油溫度的變化及電磁閥和繼電器的滯后都影響著鋸削送料的精度.下料的尺寸直接人為給定，難以定位，有一定的誤差，因此，下料精度差，批量下料的一致性也不好.此外，在改變普通帶鋸床的下料長度時，由于需調(diào)整送料長度標(biāo)尺，操作比較繁瑣，每下一塊料，都要人工進料、人工夾緊，特別是大件的人工進給夾緊工作非常辛苦，危險性大且需要專人?？?，效率非常低.

2 帶鋸床的工作原理

帶鋸床通常要連續(xù)鋸切規(guī)定長度的棒料，所以要求帶鋸床在設(shè)定一次參數(shù)后能自動操作，直到完成任務(wù)為止.圖1為臥式帶鋸床的基本組成原理圖，它由帶鋸條、鋸帶輪、鋸架與工作夾鉗等部分組成[1].當(dāng)工作夾鉗2把工件夾緊后，按啟動按鈕，主電機1通過中間機械傳動鏈驅(qū)動鋸帶輪旋轉(zhuǎn)，進而驅(qū)動帶鋸條5運動，從動鋸帶輪4及帶鋸條5等安裝在鋸架3上并隨鋸架3上下運動，由鋸條5鋸切工件.傳統(tǒng)帶鋸床的這些動作均由手動控制操作，并由繼電器、接觸器等完成控制任務(wù)，故障率較高，效率較低[2].電氣控制原理圖見圖2.

圖1 臥式帶鋸床基本組成原理圖 Fig.1 Basic composition of horizontal gig saw

圖2 鋸床電氣原理圖Fig.2 Circuit diagram of gig saw

3 方案的設(shè)計

3．1 機械系統(tǒng)的改進

機械系統(tǒng)增加了送料皮帶、送料電機及電渦流傳感器(接近開關(guān))來實現(xiàn)送料的高精度和自動化，如圖3所示.送料電機的運行由PLC控制，而送料輸出指令來自于檔料位置信號傳感器和物料檢測傳感器.送料電機運轉(zhuǎn)帶動皮帶，由輸送皮帶帶動送料進給，移動到達預(yù)定長度和檔料開關(guān)位置時，PLC發(fā)出指令使送料電機停止送料.為保證送料不跑偏，在皮帶的兩側(cè)加上檔板，確保物料不產(chǎn)生橫向位移.

圖3 鋸床簡易結(jié)構(gòu)圖 Fig.3 Simplified structural diagram of gig saw

3．2 電氣系統(tǒng)的改進

3．2．1 送料工作流程

在電氣系統(tǒng)中，PLC控制系統(tǒng)控制著整個系統(tǒng)的執(zhí)行順序.首先，要調(diào)好下料長度檔板的位置，按下啟動按鈕，在氣缸的作用下工作虎鉗松開，啟動冷卻泵，在氣動閥的作用下帶鋸上升到位，傳送帶物料傳感器檢測到有物料時，啟動傳送帶滾筒電機工作，待檔料位置傳感器檢測到物料到位后，停止傳送物料，工作虎鉗夾緊，完成鋸切工作，其運動控制狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖4所示.

圖4 鋸床工作流程圖Fig.4 Workflow diagram of gig saw

3.2.2 PLC的選擇

(1)輸入輸出點數(shù)的統(tǒng)計

由帶鋸床的工作原理及運動控制狀態(tài)流程圖可知PLC的輸入、輸出點數(shù)量.

輸入：啟動按鈕輸入點有2個；選擇開關(guān)輸入點有1個(占2個口)；檢測傳感器信號限位輸入點4個；撥碼盤輸入點8個.

輸出：鋸床主電機KM1、冷卻泵KM2、傳送帶滾筒電機KM3共3個；工作虎鉗電磁閥YA1、鋸架上升電磁閥YA2、鋸架下降電磁閥YA3共3個 .

(2)PLC機型的選擇

機床原配的按鈕、限位開關(guān)、變壓器、指示燈、熱繼電器、接觸器等電器均需保留.作為主要操作器件的按鈕及限位開關(guān)要接入PLC的輸入口，每個線圈也要占1個口.本方案對熱繼電器采用在PLC輸出端連接.

計算出帶鋸床需接入的PLC輸入輸出器件數(shù)后，確定需輸入口16個及輸出口6個，選用三菱FX2N-48MR，這是1種具有24個輸入點和24個輸出點的PLC繼電器型輸出.

(3)帶鋸床的I/O分配(見表1)

表1 PLC的I/O分配表Tab.1 I/O distribution list of PLC

(4) PLC的I/O接線圖

PLC的電源由開關(guān)電源提供，由I/O分配表可繪出其接線圖，如圖5所示.

3．3 變頻器的選擇

通過改變電動機工作電源的頻率以達到改變電機轉(zhuǎn)速的目的，變頻調(diào)速器的應(yīng)用日益普遍.由于帶鋸床在使用過程中要經(jīng)常變換不同的切割材料，對切割速度有不同的要求，而原電機是異步電動機，不能進行調(diào)速，因此，有必要在系統(tǒng)中加入變頻器.

圖5 PLC的I/O接線圖Fig.5 I/O wiring diagram of PLC

3.3.1 選擇原則

(1)變頻器容量應(yīng)適當(dāng)大于負載所需容量.(2)變頻器電流應(yīng)大于電機電流[3].帶鋸床原有電機型號為Y132-6 1.5 KW的異步電動機，保持不變，考慮到調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性價比，選擇三菱FR-A700型變頻器.

3.3.2 系統(tǒng)構(gòu)成及工作流程

機床鋸架進給調(diào)速系統(tǒng)電氣接線見圖6，選擇、調(diào)整機床各切削參數(shù)后，即可按照機床的工作程序，按下操作面板啟動按鈕，運行機床.PLC控制冷卻泵及傳送帶電機的工作，送料到位后，鋸架緩沖下降到位，鋸架進給輸出繼電器KM1線圈得電，其常開觸點閉合，按下選擇材料的按鈕，主電機按給定的速度進給切料， PLC與變頻器應(yīng)用485通訊方式進行調(diào)速控制.

圖6 帶鋸床進給調(diào)速系統(tǒng)電氣接線Fig.6 Electrical connection of the cutting-feed timing system of gig saw

4 結(jié)束語

帶鋸床應(yīng)用PLC控制系統(tǒng)實現(xiàn)了自動送料和自動夾緊功能，節(jié)省了工作人員的勞動時間，鋸切完成無料時自動停機，實現(xiàn)了材料的準確定位，提高了加工精度，實現(xiàn)了無人操作的高效率生產(chǎn)，減輕了勞動強度，取得了較好的經(jīng)濟效益.帶鋸床的數(shù)控改造與購置新機床相比，可以節(jié)省60%～80%的費用，大大降低了生產(chǎn)成本.

參考文獻：

[1] 高文成．全自動PLC液壓控制帶鋸床的改造[J]．甘肅冶金，2000(9)：31.

[2] 張風(fēng)林．應(yīng)用可編程序控制器控制帶鋸床[J]．制造技術(shù)與機床，1995(10)：33.

[3] FR-A700.三菱變頻器使用手冊[Z].