X2010C龍門銑床控制系統(tǒng)改進(jìn)

張瑞萍，蘇燕辰

（西南交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，四川 成都 610031）

0 引 言

X2010C龍門銑床是天津第六機(jī)床廠20世紀(jì)生產(chǎn)的產(chǎn)品。機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)為兩個(gè)水平主軸及一個(gè)垂直主軸的刀具旋轉(zhuǎn)，分別由J02-61-4、13 kW交流異步電機(jī)拖動(dòng)，通過(guò)機(jī)械實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速。機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由工作臺(tái)前后移動(dòng)、垂直主軸箱橫梁的左右移動(dòng)和兩個(gè)水平主軸箱沿立柱的上下移動(dòng)完成。工作臺(tái)拖動(dòng)電機(jī)為Z2-52、4 kW直流電機(jī)。垂直主軸箱進(jìn)給拖動(dòng)電機(jī)為Z2-42、2.2 kW直流電機(jī)。工作臺(tái)及垂直主軸箱進(jìn)給電機(jī)均由同一可控硅整流器供電，調(diào)節(jié)電機(jī)電樞電壓實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。在同一時(shí)間內(nèi)機(jī)床只允許有單一方向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。兩個(gè)水平主軸箱的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由拖動(dòng)該主軸旋轉(zhuǎn)的交流異步電機(jī)拖動(dòng)，進(jìn)給速度比例于該軸轉(zhuǎn)速，由機(jī)械齒輪實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速。橫梁升降和潤(rùn)滑油泵分別由兩臺(tái)異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

X2010C龍門銑床原控制系統(tǒng)采用繼電器、接觸器控制，晶閘管直流調(diào)速。由于使用年代長(zhǎng)，元件和線路都已老化和損壞，直流調(diào)速系統(tǒng)也出現(xiàn)故障，但機(jī)械部分仍可以使用，所以通過(guò)PLC和514C直流調(diào)速器對(duì)其控制系統(tǒng)進(jìn)行改造[1]。

圖1 PLC輸入、輸出點(diǎn)分配圖

1 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)選擇三菱FX2N-MR64，該P(yáng)LC具有功能強(qiáng)、可靠性高、使用靈活方便、易于編程和適應(yīng)在工業(yè)環(huán)境等一系列優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)通過(guò)PLC控制繼電器，進(jìn)而控制接觸器通斷控制主軸、橫梁升降電機(jī)、潤(rùn)滑油泵電機(jī)啟停，控制系統(tǒng)硬件接線如圖1所示。控制系統(tǒng)經(jīng)過(guò)以PLC為核心的繼電器、接觸器控制，能夠?qū)崿F(xiàn)3個(gè)主軸正反轉(zhuǎn)、進(jìn)給換向、速度調(diào)節(jié)、快速行走等功能。

工作臺(tái)進(jìn)給和垂直主軸箱移動(dòng)通過(guò)514C直流調(diào)速器調(diào)節(jié)直流電機(jī)兩端電壓實(shí)現(xiàn)調(diào)速。514C直流調(diào)速器主要有集成電路控制板和晶閘管模塊組成[2]。輸入電壓AC 220V，輸出電壓有兩種：電樞電壓DC 0～220V；勵(lì)磁電壓 DC 110～220V。調(diào)速器面板上設(shè)置有參數(shù)調(diào)整電位器P1～P12和LED指示燈，可根據(jù)燈的指法情況判斷調(diào)速器的運(yùn)行狀態(tài)[3]。電路中設(shè)有過(guò)流保護(hù)、電動(dòng)機(jī)超溫保護(hù)、失壓保護(hù)、速度反饋電路。在本系統(tǒng)中，514C電路連接如2圖所示，首先閉合斷路開(kāi)關(guān)Q7，這時(shí)當(dāng)繼電器K20閉合，5端有輸入信號(hào)時(shí)接觸器KM11吸合，220V電源送入調(diào)速器。然后閉合K13，電樞電壓端子A+、A-，勵(lì)磁輸出端F+、F-上就有直流電壓輸出。因?yàn)楣ぷ髋_(tái)進(jìn)給和垂直主軸箱移動(dòng)不同時(shí)動(dòng)作，所以通過(guò)接觸器KM15和KM16分別控制兩個(gè)直流電機(jī)動(dòng)作，線路和程序上都設(shè)置互鎖，使得514C每次都驅(qū)動(dòng)一個(gè)直流電機(jī)。將測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出線接到接線端子的1、11上，速率反饋信號(hào)送到直流調(diào)速器里，通過(guò)內(nèi)部電路分析判斷就可以得到一個(gè)穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速。

圖2 514C接線圖

電樞電壓輸出大小和方向是通過(guò)調(diào)節(jié)電阻實(shí)現(xiàn)的，電路中RW 1、RW2串聯(lián)，K14閉合實(shí)現(xiàn)工作狀態(tài)，K16閉合為正向進(jìn)給，K17閉合為反向進(jìn)給，將RW1、RW2 放置于控制面板實(shí)現(xiàn)調(diào)速。RW3、RW4串聯(lián)，輸出電壓鎖定調(diào)節(jié)到最大，K15閉合實(shí)現(xiàn)電機(jī)快速轉(zhuǎn)動(dòng)，K16閉合為正向快速，K17閉合為反向快速。繼電器通斷通過(guò)控制面板按鈕進(jìn)入PLC經(jīng)邏輯運(yùn)算輸出[4-5]。

2 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

X2010C龍門銑床控制流程如圖3所示，首先通過(guò)控制箱旋轉(zhuǎn)按鈕為系統(tǒng)通電，然后啟動(dòng)工作主軸，準(zhǔn)備就緒后控制操作面板按鈕，啟動(dòng)潤(rùn)滑泵，設(shè)置啟動(dòng)速度、進(jìn)給軸、自動(dòng)/手動(dòng)等，最后根據(jù)要求啟動(dòng)和停止實(shí)現(xiàn)作業(yè)。

根據(jù)銑床動(dòng)作要求和硬件設(shè)計(jì)，編寫PLC程序[6-7]，圖4為控制系統(tǒng)部分程序。工作前首先打開(kāi)潤(rùn)滑泵，X13得電，Y10控制潤(rùn)滑泵啟動(dòng)；同時(shí)Y14輸出高電平，使得K13繼電器得電，514C調(diào)速器20引腳得電，接觸器KM11吸合，為514C供電準(zhǔn)備工作。工作臺(tái)和主軸箱移動(dòng)需要在橫梁夾緊，潤(rùn)滑泵啟動(dòng)，進(jìn)給互鎖傳感器常開(kāi)的條件下動(dòng)作，軟件設(shè)計(jì)通過(guò)設(shè)置中間繼電器M0實(shí)現(xiàn)，當(dāng)進(jìn)給條件滿足時(shí)M0閉合，此時(shí)按下前進(jìn)或后退按鈕后工作臺(tái)和主軸箱移動(dòng)。

圖3 控制系統(tǒng)流程圖

圖4 控制系統(tǒng)部分程序圖

工作和調(diào)整選擇開(kāi)關(guān)分別表示自動(dòng)和手動(dòng)。例如選擇工作臺(tái)進(jìn)給，X16為高電平，設(shè)定為工作狀態(tài)，按下“前進(jìn)”按鈕后，工作臺(tái)自動(dòng)前進(jìn)，直到按下“停止”按鈕或者碰到傳感器后工作臺(tái)停止；設(shè)定為調(diào)整狀態(tài)，一直按下“后退”按鈕，工作臺(tái)后退，松開(kāi)“后退”按鈕工作臺(tái)停止。

3 控制系統(tǒng)調(diào)試

控制系統(tǒng)調(diào)試包括硬件調(diào)試和軟件調(diào)試。首先進(jìn)行線路和元件調(diào)試，線路和元件調(diào)試成功后，主要對(duì)514C調(diào)速器參數(shù)調(diào)試。開(kāi)始運(yùn)行后514C調(diào)速器正常輸出，大約5min后過(guò)流指示燈報(bào)警并停止輸出電壓，通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)P5電壓器調(diào)節(jié)電流閾值來(lái)消除報(bào)警，同樣方法調(diào)節(jié)其他參數(shù)，直到調(diào)速器長(zhǎng)時(shí)間工作沒(méi)有報(bào)警，正常運(yùn)行，表明參數(shù)設(shè)置合理。電機(jī)轉(zhuǎn)速通過(guò)手動(dòng)控制面板兩個(gè)電位器實(shí)現(xiàn)，由于電位器精度問(wèn)題，兩個(gè)相同標(biāo)值的電位器實(shí)際精度會(huì)有差距，出現(xiàn)過(guò)零現(xiàn)象，通過(guò)兩個(gè)電位器中點(diǎn)接514C零點(diǎn)消除。系統(tǒng)硬件調(diào)試完成后，進(jìn)行軟件的調(diào)試[8]，主要有邏輯調(diào)試、軟元件設(shè)置、互鎖調(diào)試等，控制系統(tǒng)軟件經(jīng)過(guò)調(diào)試實(shí)現(xiàn)了控制功能。

4 結(jié)束語(yǔ)

改進(jìn)后的X2010C龍門銑床控制系統(tǒng)經(jīng)調(diào)試和運(yùn)行后，具有手動(dòng)/自動(dòng)、進(jìn)給/快速、正反向調(diào)節(jié)功能，性能穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了控制目的。系統(tǒng)采用PLC和514C直流調(diào)速器的控制方式，簡(jiǎn)化了電路，成本合理，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

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