基于PLC的超精磨床電氣控制系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)

劉慶倫

（中山火炬職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 中山 528436）

基于PLC的超精磨床電氣控制系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)

劉慶倫

（中山火炬職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 中山 528436）

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)磨削加工效率和質(zhì)量的要求不斷提高。但是我國(guó)目前磨削加工設(shè)備與世界先進(jìn)磨削設(shè)備仍然有較大差距，特別是在微型磨削、超精磨削等領(lǐng)域差距明顯。因此加強(qiáng)磨削設(shè)備的研究和改進(jìn)，有助于滿足我國(guó)市場(chǎng)的需求，豐富我國(guó)磨削加工設(shè)備的品種，對(duì)于提高我國(guó)加工水平具有積極影響。

PLC；超精磨床；電氣控制系統(tǒng)

1 磨床國(guó)外國(guó)內(nèi)發(fā)展及研究現(xiàn)狀

（1）磨床國(guó)外發(fā)展及研究現(xiàn)狀。磨床最早出現(xiàn)于1730年，當(dāng)時(shí)英美等國(guó)家分別使用了磨床進(jìn)行機(jī)械加工，但是當(dāng)時(shí)的磨床是在車床的基礎(chǔ)上改造得到的，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且加工精度低，存在容易損壞工件的問(wèn)題。直到1876年，美國(guó)夏普公司推出了一款萬(wàn)能磨床，這是第一臺(tái)具有現(xiàn)代特征的磨床。進(jìn)入20世紀(jì)后，自動(dòng)檢測(cè)裝置的應(yīng)用為磨床的發(fā)展帶來(lái)了新的方向；1950年后，高精度磨床的出現(xiàn)為鏡面磨削帶來(lái)了新的動(dòng)力；1960年，美國(guó)推出了一款超高速磨床，速度可達(dá)60～80m/s；1970年后，隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)，出現(xiàn)了數(shù)字控制磨床，能夠滿足機(jī)械精密加工的需求。

在1970年以前，磨床大多采用傳統(tǒng)低壓元件作為驅(qū)動(dòng)器，直到1980年電子技術(shù)的發(fā)展為現(xiàn)代機(jī)械加工提供了新的發(fā)展方向，世界各國(guó)開(kāi)始制造計(jì)算機(jī)數(shù)字控制（Computer numerical control，CNC）磨床。1985年，美國(guó)波蘭恩特公司研發(fā)了一款能夠自動(dòng)更換工件和自動(dòng)更換砂輪的磨床，標(biāo)志著現(xiàn)代磨床進(jìn)入了自動(dòng)化控制的階段，其能夠根據(jù)加工工序和砂輪磨損程度自動(dòng)更換工件和砂輪，減少了人工更換工件和砂輪的時(shí)間，能夠提高加工效率，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，超精加工的需求不斷增長(zhǎng)。因此，對(duì)于微型磨削加工的要求也不斷提升。為了能夠進(jìn)行微型零件的加工，并且保障加工精度和質(zhì)量，各國(guó)積極開(kāi)展精密磨床的研究，并提出了超精磨床的概念。

（2）磨床國(guó)內(nèi)發(fā)展及研究現(xiàn)狀。國(guó)內(nèi)磨床發(fā)展時(shí)間較晚，技術(shù)水平與國(guó)外相比要低，我國(guó)于20世紀(jì)50年代末成功研發(fā)了第一代電子數(shù)控磨床，20世紀(jì)70年代初推出了第二代電子數(shù)控磨床，20世紀(jì)70年代中期推出了第三代集成電路數(shù)控磨床，20世紀(jì)70年代末期推出了第四代計(jì)算機(jī)數(shù)控磨床及第五代微處理器控制數(shù)控磨床。1990年以后，我國(guó)磨床發(fā)展雖然取得了一定的進(jìn)步，但是從整體加工水平和數(shù)量分析，無(wú)法滿足現(xiàn)代微型工件加工的需求，并且國(guó)內(nèi)在精細(xì)、高端工件加工方面都是采用國(guó)外先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)，僅有精度要求低、經(jīng)濟(jì)型的零件加工才會(huì)使用國(guó)內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)。從中可以推斷，我國(guó)數(shù)控磨床的發(fā)展無(wú)法滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求，國(guó)內(nèi)磨床加工精度低，與國(guó)外磨床發(fā)展相比，仍存在一定的差距。目前許多磨床制造企業(yè)紛紛與各地研究院進(jìn)行合作，從而滿足我國(guó)機(jī)械加工的需求。

（3）磨床發(fā)展趨勢(shì)。①現(xiàn)代化技術(shù)包括高速軸技術(shù)、高速驅(qū)動(dòng)技術(shù)以及高精度導(dǎo)軌等技術(shù)，能夠讓磨床擁有更高的加工速度和精度，有助于保障微型零件的使用性能。②磨床功能的豐富能夠滿足現(xiàn)代加工的多種需求，有助于減少購(gòu)買其他加工設(shè)備的成本，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。③零件的性能和質(zhì)量是加工的首要目標(biāo)，無(wú)論是微型零件或是普通零件，其精度和質(zhì)量的要求也不斷提升，尤其是對(duì)于微型零件來(lái)說(shuō)，磨削加工的要求也不斷提升。④隨著現(xiàn)代電子技術(shù)和數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展，磨床逐漸向智能化發(fā)展，能夠?qū)崿F(xiàn)故障診斷并通過(guò)通信技術(shù)向控制中心發(fā)出報(bào)告，有助于減少人力管理。⑤隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，機(jī)械設(shè)備的環(huán)保性能也越來(lái)越受到社會(huì)各界的重視，磨床正逐漸向低能耗發(fā)展。

2 基于PLC的超精磨床電氣控制系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)

（1）傳統(tǒng)超精磨床電氣控制系統(tǒng)。傳統(tǒng)的超精磨床電氣控制系統(tǒng)的電氣部分主要是由砂輪、冷卻劑及液壓泵組成，其中冷卻劑是由接觸器實(shí)現(xiàn)控制的，液壓泵則是由另一個(gè)接觸器實(shí)現(xiàn)控制的，三臺(tái)機(jī)電均由繼電裝置進(jìn)行電路保護(hù)。砂輪和冷卻劑共用同一個(gè)過(guò)熱繼電器，其主要負(fù)責(zé)過(guò)載保護(hù)，而液壓泵則是由另一個(gè)過(guò)熱繼電器實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。磨床的磨削功能主要是通過(guò)砂輪的高速旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)的，輔助功能為工作態(tài)度的移動(dòng)運(yùn)動(dòng)、砂輪架的橫向運(yùn)動(dòng)以及垂直軌道運(yùn)動(dòng)。一個(gè)工作循環(huán)的主要流程為：工作臺(tái)完成往返運(yùn)動(dòng)后，砂輪架進(jìn)行一次不連續(xù)的橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，待平面加工完成后，砂輪架進(jìn)行一次不連續(xù)的垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。

（2）基于PLC的超精磨床電氣控制系統(tǒng)。首先要確定PLC型號(hào)，通過(guò)分析加工要求和精度，本次研究采用的是OMRON C60P系列產(chǎn)品，該系統(tǒng)擁有較多的輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)。該磨床電氣結(jié)構(gòu)主要是由潤(rùn)滑機(jī)、冷卻劑、驅(qū)動(dòng)機(jī)以及振動(dòng)機(jī)等設(shè)備組成的，在正式加工前，先將潤(rùn)滑機(jī)和冷卻劑開(kāi)啟，然后再將驅(qū)動(dòng)機(jī)打開(kāi)，然后工件從磨砂經(jīng)過(guò)后，再進(jìn)行精磨處理，然后通過(guò)振動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)零件的超精加工，保障加工的準(zhǔn)確性。然后要確定各機(jī)電設(shè)備的保護(hù)裝飾，四臺(tái)機(jī)電都需要設(shè)置相應(yīng)的開(kāi)啟和關(guān)閉按鈕，能夠起到較好的控制措施，同時(shí)每個(gè)設(shè)備都需要設(shè)置一個(gè)環(huán)節(jié)開(kāi)關(guān)。

（3）基于PLC超精磨床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。①該系統(tǒng)主要由工作區(qū)區(qū)域、配線區(qū)域、干線區(qū)域、管理區(qū)域、設(shè)備間區(qū)域等組成。在布線設(shè)計(jì)過(guò)程中，要綜合考慮語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像等數(shù)字信息以及多媒體、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和自控系統(tǒng)等方面的要求，要滿足語(yǔ)音等信息數(shù)據(jù)的互通，采用國(guó)家統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的配件，預(yù)留足夠的空間，從而滿足用戶的需求。在設(shè)計(jì)前，需要了解加工要求，確定各級(jí)系統(tǒng)的配置和要求、信息通訊的實(shí)際需求等。②需要遵循國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和建設(shè)原則，設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮到用戶的要求，并充分預(yù)留足夠的空間，適應(yīng)未來(lái)科學(xué)發(fā)展的需求。此外，考慮到智能化系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)之間的信息共享，從而保障各系統(tǒng)之間的科學(xué)性、合理性以及兼容性，能夠符合各廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品要求，讓系統(tǒng)能夠適應(yīng)現(xiàn)代科技進(jìn)步的發(fā)揮。③安全系統(tǒng)包括監(jiān)控體系、警報(bào)系統(tǒng)。監(jiān)控體系設(shè)計(jì)的主要目的是實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)設(shè)備以及系統(tǒng)重要功能和功能場(chǎng)所進(jìn)行科學(xué)管理，每個(gè)設(shè)備都有其功能，需要選擇不同規(guī)格的監(jiān)控器。監(jiān)控中心的錄像中必須記錄下監(jiān)控機(jī)的編號(hào)、位置、時(shí)間以及日期等方面的信息。警報(bào)體系需要采用自動(dòng)化故障診斷系統(tǒng)，同時(shí)安裝報(bào)警器，系統(tǒng)操作采用windows系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)警報(bào)信息處理以及信息查詢等功能。④系統(tǒng)需要合理利用各項(xiàng)資源，盡量減少對(duì)設(shè)備功能區(qū)域的占用，各機(jī)電設(shè)備需要按照“同地共用”的原則進(jìn)行建設(shè)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中要明確各設(shè)備資源配置，并充分考慮到未來(lái)的容量。⑤該系統(tǒng)主要利用了現(xiàn)代信息技術(shù)和通信技術(shù)，將建筑內(nèi)的智能設(shè)備向連接，采用信息技術(shù)和集成技術(shù)形成一個(gè)完整的系統(tǒng)，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，利用windows系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)人機(jī)互交，能夠跨平臺(tái)訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，并建立智能化管理系統(tǒng)，從實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)的綜合管理和信息共享，進(jìn)而為設(shè)備運(yùn)行、維修管理、故障檢測(cè)等方面起到較好的應(yīng)用效果。

3 結(jié)語(yǔ)

文章首先介紹了磨床國(guó)外國(guó)內(nèi)發(fā)展及研究現(xiàn)狀，然后提出了基于PLC的超精磨床電氣控制系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)，旨在推動(dòng)我國(guó)超精磨床電氣控制系統(tǒng)發(fā)展。

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Transformation Design of Electric Control System for Ultra Precision Grinding Machine based on PLC

LIU Qing-lun
（Zhongshan Torch Politechnic，Zhongshan，Guangdong 528436，China）

With the continuous development of science and technology，the grinding efficiency and quality of the requirements continue to improve.However，there is still a big gap between the grinding equipment and the advanced grinding equipment in the world，especially in the field of micro grinding，ultra precision grinding and so on.Therefore，strengthening the research and improvement of grinding equipment is good to meet the needs of our market，to enrich the variety of grinding equipment in China，to improve the level of processing.

PLC；ultra precision grinding machine；electric control system

TG580.2

A

2095-980X（2017）02-0088-02

2017-02-07

劉慶倫（1982-），男，山東煙臺(tái)人，碩士（在讀博士研究生），講師，主要研究方向：超精密銑削加。