陳艷

摘 要：工業(yè)生產(chǎn)需要大量有效的機械設(shè)備協(xié)同運作，在有效的機械設(shè)備支持下，產(chǎn)品生產(chǎn)的質(zhì)量和效率得到大幅提升，傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)用于工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)故障，影響生產(chǎn)的進行，為了提升產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量，我們需要對傳統(tǒng)的車床系統(tǒng)加以改造，并將PLC、變頻器技術(shù)應(yīng)用于車床系統(tǒng)之中，從而保證車床的穩(wěn)定與質(zhì)量的提升。

關(guān)鍵詞：PLC；變頻器技術(shù)；車床；系統(tǒng)；改造

由我國沈陽研制的CA6140普通車床廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)之中，在機床制造行業(yè)屬于熱銷機械設(shè)備，它是一種金屬切削機床，可以用于車削外圓、內(nèi)圓、螺紋、螺桿等，它的主軸電機系統(tǒng)是采用機械齒輪箱，實現(xiàn)有級的調(diào)速，運用機械換向構(gòu)造實施正反轉(zhuǎn)的調(diào)控。在當前企業(yè)生產(chǎn)形勢變化的條件下，傳統(tǒng)的CA6140車床需要進行機械設(shè)備改造，采用PLC、變頻器技術(shù)相整合的手段，對普通車床的電氣控制系統(tǒng)進行改造，從而從現(xiàn)實實踐應(yīng)用角度出發(fā)，提升機械設(shè)備的利用率，確保機床的高效、節(jié)能、穩(wěn)定和可靠。

1 傳統(tǒng)CA6140普通車床的電氣控制系統(tǒng)要求

在傳統(tǒng)的CA6140普通車床之中，由不同的構(gòu)成部件，包括：主軸箱、進給箱、溜板箱、刀架、絲杠等，其沿用已久的電氣控制原理圖，如圖1所示：

原有的控制系統(tǒng)是在三相鼠籠式異步電動機的拖動之下完成的，由三臺電動機負責控制，它們分別是：主軸電動機M1，冷卻泵電動機M2，刀架快速移動電動機M3，在這三臺電動機設(shè)備中主要是依靠三個接觸器實現(xiàn)有效的車床系統(tǒng)控制，這三個接觸器分別為：KM1、KM2、KM3。

該傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的主軸電動機負責主軸主運動以及刀具的縱橫向運動，在主軸電動機的驅(qū)動下，用機械換向機構(gòu)實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)動作。同時，由于對速度有一定的要求，因而，要采用機械變速的手段，并依賴于主軸箱的齒輪變速箱和主軸電動機的鏈接，來實現(xiàn)對機械的調(diào)速要求。

冷卻泵電動機M2主要是負責在車削加工時，拖動冷卻泵，再由輸出冷卻液對刀具和加工件的表面進行冷卻。在實現(xiàn)冷卻動作的過程中，冷卻泵電動機是呈單向旋轉(zhuǎn)，并在主軸電動機啟動運行之后才可啟動，待主軸電動機停車之后，冷卻電動機旋即停止。由此可見，冷卻電動機與主軸電動機之間具有一定的順序關(guān)系。

快速移動電動機負責拖動溜板箱，在點動控制的前提下，操作機械手柄裝置，對刀架實現(xiàn)不同方位的改變，實現(xiàn)溜板箱的快速移動。

CA6140普通車床之中的三臺電動機都是全壓直接起動，其容量較小，并且要配備照明電路、信號指示電路及保護。

2 PLC應(yīng)用于車床電氣系統(tǒng)改造的設(shè)計思路

伴隨著科技手段的不斷改進和提高，可編程控制器——PLC技術(shù)在電氣領(lǐng)域顯現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢和應(yīng)用價值。在對工業(yè)生產(chǎn)的車床電氣系統(tǒng)實踐分析中發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的車床電氣系統(tǒng)極易出現(xiàn)故障，因而有必要對其進行改造。在將PLC技術(shù)應(yīng)用于車床電氣系統(tǒng)的改造之前，要進行實際情況的具體分析，首先要對原有的繼電器、接觸器等實施嚴格有效的控制；然后，還要保證系統(tǒng)改造不能改變原有車床的加工工藝和性能，要使主軸電動機具有正反轉(zhuǎn)啟停的功能及正轉(zhuǎn)動功能。同時，對原有系統(tǒng)的改造不能改變傳統(tǒng)電器控制系統(tǒng)中的各個按鈕及其他元件的功能，采用較好的電機保護措施，以確保其正常有效運行。

3 變頻器對主軸電動機的改造控制設(shè)計

傳統(tǒng)的CA6140型車床主軸的正轉(zhuǎn)速度和反轉(zhuǎn)速度分別有24種和12種，利用齒輪箱，實現(xiàn)機械控制下的有級調(diào)速。在車床運動的振動過程中，主軸電動機可以通過V帶，將動力傳遞給主軸箱，從而減小振動。在用車床進行車削螺紋時，是借助于機械換向機構(gòu)實現(xiàn)主軸的正反轉(zhuǎn)運動。另外，齒輪箱、換向機構(gòu)也在金屬材料成本、齒輪設(shè)計精度、維護等方面，顯現(xiàn)出較大的缺陷。

將變頻器技術(shù)應(yīng)用于車床系統(tǒng)改造之中，可以替代車床齒輪變速訂的機械傳動，實現(xiàn)電機起動、制動的自動控制及電機特性曲線的調(diào)節(jié)。以三菱FR—A500變頻器為例，主軸電動機在變頻電路通斷多段速端口的控制下，可以獲取更多的速度選擇。電機的正反轉(zhuǎn)控制也可以利用控制電路通斷變頻器實現(xiàn)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)的起動。同時，在變頻器技術(shù)之下，可以輸入電機的多種運行曲線，對電機進行特性曲線的科學(xué)而優(yōu)化的控制。值得一提的是，變頻器技術(shù)還具有過電流、過電壓、過熱、缺相的保護功能，對于系統(tǒng)的故障實現(xiàn)了故障報警功能，為系統(tǒng)提供了穩(wěn)定、安全的現(xiàn)代化調(diào)度、監(jiān)控平臺。

基于PLC、變頻器技術(shù)下的主軸電動機控制，由圖2可以顯示：

4 PLC、變頻器技術(shù)對車床電路的改造設(shè)計

以三菱FX2N—32MR型為例，利用PLC、變頻器技術(shù)對CA6140車床進行控制改造：

4.1 運用PLC改造傳統(tǒng)車床中的控制電路

首先，我們需要對傳統(tǒng)車床的PLC改造的電路端口配置進行描述，其配置如表1所示：

其次，還要清晰展示出PLC輸入輸出端口接線圖，如圖3所示：

同時，我們需要加以注意的是，運用PLC輸出驅(qū)動技術(shù)，在車床系統(tǒng)的電路部分中，主要有繼電器、信號燈、照明燈，它們的電源支持供電功率分別為：110V、6V、24V，鑒于這一考慮，需要在輸出端口上，加以分開：Y0～Y3共用COM1，其支持電源為AC110V；Y4～Y7共用COM2，其支持電源為AC6V；Y10～Y13共用COM3，其支持電源為AC24V。由此可知，對于傳統(tǒng)車床的PLC改造技術(shù)，可以實現(xiàn)梯形的控制，如圖4所示：

4.2 PLC、變頻器技術(shù)整合下對傳統(tǒng)車床的改造

運用PLC端口配置，并添加整合旋轉(zhuǎn)編碼器等傳感器，在實時的主軸電動機運作過程中，實現(xiàn)轉(zhuǎn)速、方向等參數(shù)的實時監(jiān)控和相關(guān)數(shù)據(jù)的采集，通常情況下，速度信號可以經(jīng)由PLC高速計數(shù)器輸入接口，在參數(shù)的計算之后進行PLC程序的編制加工。同時，PLC輸出端口還要協(xié)同變頻器實現(xiàn)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)方向的啟動，全面改進傳統(tǒng)車床系統(tǒng)。

綜上所述，應(yīng)現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的要求，傳統(tǒng)的CA6140車床系統(tǒng)需要加以改造和優(yōu)化，可以采用新型的PLC、變頻器技術(shù)，對傳統(tǒng)車床的機械傳動部分和電路系統(tǒng)部分，加以精度的提升和穩(wěn)定安全程度的提高，增強現(xiàn)代化機床的自動化、智能程度，優(yōu)化數(shù)控車床的性能。

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