基于PLC和觸摸屏的高精度內(nèi)圓磨床控制系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)

王俊英，譚紅川

WANG Jun-ying,TAN Hong-chuan

（四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，德陽 618000）

0 引言

MG2120高精度內(nèi)圓磨床是精磨軸承圈內(nèi)孔的重要設(shè)備，原繼電器-按鈕式電氣控制系統(tǒng)，線路復(fù)雜，已嚴(yán)重老化，經(jīng)常出現(xiàn)死機(jī)、反應(yīng)遲緩，且故障頻繁，維修麻煩。嚴(yán)重影響到生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，不能滿足目前市場對軸承高精度的大需求。MG2120原基礎(chǔ)機(jī)械結(jié)構(gòu)件具有精度高的特點(diǎn)，為避免浪費(fèi)，節(jié)約成本決定對其進(jìn)行改造。

可編程控制器（PLC）具有通用性強(qiáng)、使用方便、可靠性高、編程簡單等優(yōu)點(diǎn)，是機(jī)床設(shè)備的重要裝備；而觸摸屏以易于使用、堅(jiān)固耐用、反應(yīng)速度快、節(jié)省空間的特點(diǎn)，可取代繁多的機(jī)械式按鈕面板。利用PLC和觸摸屏對MG2120磨床控制系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，是節(jié)約成本、提高機(jī)床可靠性的一種有效途徑。

1 MG2120磨床的控制要求

MG2120磨床用于精密磨削軸承圈內(nèi)孔，工件主軸由三相電機(jī)帶動，而砂輪主軸為電主軸，采用變頻器調(diào)節(jié)速度；工件主軸工作臺由液壓缸拖動作孔長度方向的進(jìn)給運(yùn)動，孔直徑方向上由步進(jìn)電機(jī)拖動，能夠以很小的進(jìn)給量和很高的精度進(jìn)行磨削加工；砂輪電主軸工作臺由電機(jī)通過凸輪機(jī)構(gòu)拖動，作孔長度反向的往復(fù)運(yùn)動。

該磨床的控制功能包括以下七個方面：

1）工件徑向進(jìn)給運(yùn)動控制；2）砂輪軸向往復(fù)運(yùn)動控制；3）工件軸動靜壓軸承壓力控制；4）工件加緊時序控制；5）砂輪修整量控制；6）工件冷卻時序控制；7）砂輪軸冷卻壓力和潤滑壓力控制。

根據(jù)MG2120磨床的控制要求，主電路中M1為砂輪電主軸電機(jī)，接變頻器實(shí)現(xiàn)變速與制動控制；M2為拖動電主軸工作臺作往復(fù)運(yùn)動的電機(jī)，由繼電器KM6啟停；M3為工件主軸電機(jī)，通過KM2實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)； M5為液壓站油泵電機(jī)，液壓缸負(fù)責(zé)拖動工件主軸工作臺作孔長度反向的進(jìn)給；M4、M6分別為切削液泵電機(jī)和電主軸冷卻風(fēng)扇電機(jī)；QF為閉合電源切斷開關(guān)，熔斷器為電源短路保護(hù)。另有變壓器輸出220V和24V電源接PLC與照明燈。

M7為步進(jìn)電機(jī)，采用兩相混合式步進(jìn)電機(jī)BS86HB118—06，由驅(qū)動器DMD403控制，拖動工件主軸工作臺作直徑尺寸方向的進(jìn)給移動，其接線如圖1所示。

圖1 機(jī)床步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動器接線圖

2 PLC輸出輸入分配及接線

精磨加工工序動作為：1）操作者裝夾工件。2）工件主軸和砂輪電主軸轉(zhuǎn)動。3）步進(jìn)電機(jī)拖動工件工作臺到直徑尺寸位置。4）液壓缸拖動工件工作臺作孔長度方向進(jìn)給。5）砂輪主軸工作臺作往復(fù)運(yùn)動。6）磨削完成后，液壓缸帶動工件工作臺退出。7）工件主軸和砂輪電主軸停止轉(zhuǎn)動。

根據(jù)上述工序工作以及磨床工作的安全保護(hù)措施，PLC共需輸入點(diǎn)11個，輸出點(diǎn)10個，選擇松下公司的FPO—C32，共32個點(diǎn)，16點(diǎn)輸入、16點(diǎn)輸出，帶RS232端口，其I/O接線設(shè)計(jì)如圖2 所示[2]。

3 觸摸屏程序設(shè)計(jì)

觸摸屏在控制中的作用是：發(fā)出各種動作命令，選擇軸進(jìn)給數(shù)據(jù)并進(jìn)行動作、數(shù)據(jù)以及過程顯示。我們的觸摸屏采用的是臺灣威倫MT506觸摸屏，具有體積小巧、使用簡便、穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。并且有強(qiáng)大的通訊能力，可以與三菱、西門子、松下等多種PLC配套使用。磨床人機(jī)界面的設(shè)計(jì)基于Easybuilder 500軟件，設(shè)計(jì)有自動模式、手動模式、砂輪修磨補(bǔ)正、機(jī)床歸原點(diǎn)，共四個模塊，其初始界面如圖3所示。

自動模式為機(jī)床進(jìn)行自動加工的模式狀態(tài)；手動模式中，可以以0.1mm,0.01mm,0.001mm三種精度單位，以手動點(diǎn)動的方式進(jìn)行孔直徑和長度兩個方向的進(jìn)給，當(dāng)砂輪和工件位置設(shè)定后，可以進(jìn)行自動加工；補(bǔ)正模式為砂輪修磨后，在孔直徑方向補(bǔ)進(jìn)尺寸的設(shè)置；原點(diǎn)為每次開機(jī)，將工件工作臺歸零到原點(diǎn)。

圖2 PLC接線圖

圖3 觸摸屏初始人機(jī)界面

4 PLC程序設(shè)計(jì)

MG120內(nèi)圓磨床中需要控制的元件較多，既有通過X、Y輸出輸入點(diǎn)來傳遞開關(guān)量信號的繼電器和液壓電磁閥，又有通過PLC內(nèi)部繼電器R來傳遞的觸摸屏信號。PLC程序包括初始化、自動、手動和補(bǔ)正參數(shù)設(shè)置，其中自動循環(huán)包括：磨削循環(huán)、砂輪單次修整循環(huán)、砂輪多次修整循環(huán)和新砂輪修整循環(huán)四種工作方式。其中磨削循環(huán)是最主要的典型自動循環(huán)，其流程圖如圖4所示。

1）通電初始化包括有關(guān)輔助繼電器和存儲區(qū)的初始清零、與觸摸屏的通訊、與變頻器的通訊、顯示初始界面等。

圖4 磨削循環(huán)PLC程序流程圖

2）手動工作方式時，通過相應(yīng)的按鍵控制工件工作臺在直徑和長度兩個方向的點(diǎn)動，電主軸的往復(fù)運(yùn)動和機(jī)床回到機(jī)械原點(diǎn)。

3）當(dāng)進(jìn)行同一批工件的批量加工時，可先用手動方式對刀，調(diào)整好工件相對砂輪在孔直徑方向的位置，再在自動工作方式下，按照工件快進(jìn)→工件工進(jìn)→電主軸往復(fù)→工件工退→工件快退的流程進(jìn)行自動加工。

4）當(dāng)砂輪修磨后，既可以重新在手動方式下對刀，也可在補(bǔ)正方式下輸入補(bǔ)正參數(shù)，從而在加工中自動進(jìn)行尺寸補(bǔ)償。

5 結(jié)論

除了為該公司節(jié)約成本30余萬元外，采用PLC+觸摸屏的控制系統(tǒng)，利用PLC的內(nèi)部輔助繼電器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械按鍵，使電氣線路大大簡化，系統(tǒng)可靠性得到了提高，產(chǎn)品精度和質(zhì)量得到保證。人機(jī)操作界面友好，在生產(chǎn)中，工人操作簡單便利，工作效率比過去也有所提高。

[1] 王兆明. 電氣控制與PLC技術(shù)[M]. 北京： 清華大學(xué)出版社,2005.

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