C1540立式車床電氣控制系統(tǒng)改造

杭州機(jī)床維修

隨著電氣技術(shù)的飛速發(fā)展，PLC控制技術(shù)廣泛的應(yīng)用各個(gè)領(lǐng)域的工業(yè)控制，通過用戶程序控制生產(chǎn)工藝過程，具有較高的穩(wěn)定性和可靠性，較強(qiáng)的實(shí)時(shí)處理能力，使用簡(jiǎn)單維護(hù)方便。交流伺服以獨(dú)特的定位精度和調(diào)速方式，在各工業(yè)領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用，而在機(jī)床的應(yīng)用則更具有代表性。
一、概述
    原機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)主要包括工作臺(tái)的主傳動(dòng)和刀架的移動(dòng)以及進(jìn)給機(jī)構(gòu)的邏輯控制三大部分。工作臺(tái)的拖動(dòng)和刀架進(jìn)給拖動(dòng)是70年代改型的晶閘管——電動(dòng)機(jī)組（V——M）系統(tǒng)，邏輯控制普遍采用繼電器控制。由于該機(jī)床使用頻率高、線路復(fù)雜、耗電量大，元器件老化嚴(yán)重故障率高，運(yùn)行質(zhì)量低且對(duì)電網(wǎng)和機(jī)械的沖擊很大，維修麻煩。已無法滿足現(xiàn)代生產(chǎn)的需求，因此對(duì)電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行全面的技術(shù)改造。
二、控制系統(tǒng)的配置
( o. x5 w4 l' ?" d  k    工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)采用SSD590系列直流調(diào)速裝置，刀架的驅(qū)動(dòng)采用安川交流伺服驅(qū)動(dòng)，系統(tǒng)邏輯控制選用三菱FX2N系列PLC。
三、工作臺(tái)調(diào)速系統(tǒng)
) \: p5 b* g# g9 E" U3 {    工作臺(tái)原拖動(dòng)電機(jī)為67KW直流電動(dòng)機(jī)，機(jī)械傳動(dòng)有四檔機(jī)械變速，所以驅(qū)動(dòng)器選用英國歐陸590-380A-4Q數(shù)字直流調(diào)速裝置，配合日本三菱的FX2N-4DA模擬輸出模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)工作臺(tái)進(jìn)行無極調(diào)速，加裝測(cè)速機(jī)作速度反饋進(jìn)行閉環(huán)控制，還可顯示主電機(jī)的電壓電流和轉(zhuǎn)速。590直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速范圍是1:100，進(jìn)行閉環(huán)控制后在弱磁狀態(tài)下可以達(dá)到1:300，配合機(jī)械四檔變速，能夠充分滿足不同工件的加工需求。
    在設(shè)計(jì)時(shí)除了正常的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速之外，考慮到工作臺(tái)在Ⅰ檔和Ⅳ檔速度相差較大，所以在點(diǎn)動(dòng)時(shí)設(shè)置了兩套參數(shù)，Ⅰ、Ⅱ檔公用一套，Ⅲ、Ⅳ檔公用一套，這樣在點(diǎn)動(dòng)工作時(shí)工作臺(tái)的轉(zhuǎn)速基本上是一致的，同時(shí)為工作臺(tái)變速時(shí)獨(dú)立設(shè)置了一套微動(dòng)工作參數(shù)，保證變速時(shí)齒輪能夠順利的嚙合。
四、刀架調(diào)速系統(tǒng)
    刀架原來的驅(qū)動(dòng)方式為一臺(tái)6.7KW直流電動(dòng)機(jī)用作進(jìn)給，另外一臺(tái)7.5KW交流電動(dòng)機(jī)用作快速移動(dòng)，通過機(jī)械變速傳動(dòng)和電磁離合器進(jìn)行切換，在機(jī)械方面也是個(gè)故障高發(fā)部位，在改造時(shí)做了大膽的決策，去掉了原來復(fù)雜的機(jī)械變速箱，兩個(gè)刀架選用了四臺(tái)日本安川SGMGH75A2A交流伺服電動(dòng)機(jī)和SGDM-75AD交流伺服驅(qū)動(dòng)器，配合日本三菱的FX2N-1PG脈沖輸出模塊進(jìn)行調(diào)速，交流伺服的調(diào)速范圍可以達(dá)到1:10000，而且有著極高的低速性能和定位精度，然后配以1:8的直連減速器，直接安裝在橫梁的端面分別與絲杠和光杠聯(lián)接，分別驅(qū)動(dòng)兩個(gè)刀架的X(U)軸和Y(W)軸，既可以實(shí)現(xiàn)低速進(jìn)給又能夠滿足快速移動(dòng)的要求。
9 N' K" j, K6 \' }0 G' k+ j% y    刀架的調(diào)速采用數(shù)字編碼開關(guān)來進(jìn)行進(jìn)給量大小的選擇，既可以手動(dòng)選擇又可以自動(dòng)跟隨工作臺(tái)轉(zhuǎn)速的變化而進(jìn)行跟蹤自動(dòng)調(diào)整，快速移動(dòng)和慢速對(duì)刀分別設(shè)為固定值，充分滿足加工操作的需求。
* a% u/ [* H9 l五、PLC控制
- b! u/ M! h0 F& Z1 G" R    PLC是整個(gè)機(jī)床的控制中心，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際輸入、輸出點(diǎn)的作用和數(shù)量，結(jié)合改造要求，PLC選用日本三菱FX2N-128MR和3個(gè)擴(kuò)展輸入模塊FX2N-EYR，1個(gè)模擬輸出模塊FX2N-4DA對(duì)工作臺(tái)進(jìn)行速度控制，4個(gè)脈沖輸出模塊FX2N-1PG分別對(duì)四臺(tái)交流伺服電機(jī)進(jìn)行速度及定位控制；同時(shí)還考慮預(yù)留了部分輸入輸出點(diǎn)，滿足日后的維護(hù)及系統(tǒng)的擴(kuò)展。
% [( l7 q8 C: {* c+ s8 K8 ?' u- o: [    PLC程序編寫過程中，工作臺(tái)用按鈕來實(shí)現(xiàn)加速、減速，通過FX2N-4DA來進(jìn)行數(shù)－模轉(zhuǎn)換為590提供給定電壓的大小及極性的變化，同時(shí)也為刀架進(jìn)給量自動(dòng)跟隨工作臺(tái)轉(zhuǎn)速變化提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。刀架的調(diào)速則考慮把數(shù)字開關(guān)選定的進(jìn)給脈沖量，與工作臺(tái)轉(zhuǎn)速的脈沖量通過PLC進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算，由FX2N-1PG輸出結(jié)果脈沖，實(shí)時(shí)改變進(jìn)給電機(jī)的速率完成調(diào)速，這樣就實(shí)現(xiàn)了進(jìn)給量大小自動(dòng)跟隨工作臺(tái)轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較精確的變化，操作人員可根據(jù)不同工件的加工要求，改變工作臺(tái)的轉(zhuǎn)速進(jìn)給量也會(huì)自動(dòng)跟隨發(fā)生相應(yīng)的變化，加工精度比人為的調(diào)節(jié)有了大幅度的提高。
7 h# a3 T- l8 o0 E' E7 W' S- j    另外，PLC程序的編制充分考慮操作指令和現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，整個(gè)操作變得比較簡(jiǎn)單，工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)、點(diǎn)動(dòng)、變檔、調(diào)速，刀架的進(jìn)給、點(diǎn)動(dòng)、快速移動(dòng)以及橫梁的控制，油泵以及相互的聯(lián)鎖保護(hù)和顯示等功能均有PLC完成。
- J" h: N9 M) L- k六、結(jié)束語
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    本機(jī)床改造后投入運(yùn)行一年多來，運(yùn)行平穩(wěn)一切性能穩(wěn)定良好，幾乎是在無故障運(yùn)行，操作簡(jiǎn)單可靠，工作效率及工件的加工精度得以提高。
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