導(dǎo)軌磨床通過(guò)PLC和華中伺服進(jìn)行改造升級(jí)

楊曉亮++龍博

摘 要：文章申述了龍門(mén)導(dǎo)軌磨床通過(guò)PLC和華中伺服進(jìn)行改造升級(jí)的必要性，并詳細(xì)描述導(dǎo)軌磨床改造的解決方法、步驟和注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)軌磨床；PLC200；技術(shù)改造

中圖分類號(hào)：TH16 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）27-0054-02

1 概述

寶雞機(jī)床集團(tuán)有限公司主要生產(chǎn)各類數(shù)控車(chē)床及復(fù)合式加工中心，年生產(chǎn)銷售機(jī)床數(shù)量及產(chǎn)值穩(wěn)居全國(guó)前三，但廠內(nèi)自用導(dǎo)軌磨床大部分是上世紀(jì)70年代產(chǎn)品，生產(chǎn)效率低，電氣線路控制繁瑣，日常維修故障率高，加上使用年限較長(zhǎng)，已經(jīng)不能滿足當(dāng)前機(jī)床生產(chǎn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和工藝要求。因此2016年公司在對(duì)一臺(tái)威海龍門(mén)導(dǎo)軌磨床進(jìn)行電氣改造，此機(jī)床主要對(duì)平床身機(jī)床的導(dǎo)軌面及床身進(jìn)行磨削加工。

2 導(dǎo)軌磨床簡(jiǎn)介

此臺(tái)龍門(mén)導(dǎo)軌磨床由雙立柱、橫梁及床身組成封閉剛性框架結(jié)構(gòu)，工作臺(tái)縱向運(yùn)動(dòng)由雙出桿油缸驅(qū)動(dòng)，通過(guò)比例流量閥遠(yuǎn)程無(wú)極調(diào)速；橫梁上有兩個(gè)橫向拖板，可沿橫梁作橫向運(yùn)動(dòng)，交流伺服電機(jī)經(jīng)齒型帶減速驅(qū)動(dòng)滾珠絲桿；垂直滑板可沿橫向滑板上的導(dǎo)軌作垂直運(yùn)動(dòng)，其采用交流伺服電機(jī)經(jīng)行星齒輪減速驅(qū)動(dòng)滾珠絲桿，改造后橫向托板和縱向托板均可通過(guò)PLC控制實(shí)現(xiàn)定距磨削、間歇進(jìn)給、進(jìn)給調(diào)速和電子手輪對(duì)刀及微量進(jìn)給功能。左右磨頭采用變頻驅(qū)動(dòng)，工作臺(tái)、磨頭垂直、橫向方向均可利用面板進(jìn)行“定距”操作，提高生產(chǎn)效率。

3 工藝描述及改造方案

加工工藝為：固定好床身工件后，啟液壓，根據(jù)工件的長(zhǎng)度（縱向）設(shè)定工作臺(tái)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的行程（縱向定距），然后再進(jìn)行橫向定距，加工范圍設(shè)定好后，即可進(jìn)行加工磨削。此臺(tái)導(dǎo)軌磨床是我公司一臺(tái)24小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的加工床身的磨削專機(jī)，磨削量大，使用效率高，加工環(huán)境較差，粉塵多，濕度大，電氣問(wèn)題較多，精度尺寸不保證等綜合情況，經(jīng)過(guò)升級(jí)改造前對(duì)此機(jī)床信息進(jìn)行綜合分析整理，決定本次此次改造采用西門(mén)子CPU226CN模塊和華中伺服HSV-180AD交流伺服驅(qū)動(dòng)單元及電機(jī)，控制功能的核心采用西門(mén)子S7-226模塊，具有6路高速計(jì)數(shù)器（左橫向定距、右垂直定距、右橫向定距、左垂直定距，工作臺(tái)定距，電子手輪ab相脈沖計(jì)數(shù)）人機(jī)界面控制面板采用兼容西門(mén)子s7-200的帶功能按鍵的觸摸屏k-tp178micro。觸摸屏+按鍵的組合擁有快速的系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間和操作響應(yīng)時(shí)間，特別適合車(chē)間磨床的實(shí)際生產(chǎn)加工要求，并具有防沖擊和震動(dòng)，防水耐臟的特點(diǎn)，從而解決加工環(huán)境差的問(wèn)題，可降低了保養(yǎng)維修成本。原來(lái)控制電柜內(nèi)接觸器和中間繼電器較多，控制線路繁瑣，維修率高，生產(chǎn)效率低下，反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，滿足不了當(dāng)前工藝要求，因此本次改造重新裝配一面新控制電柜。柜內(nèi)采用的華中數(shù)控的HSV-180AD伺服（輸入電壓為三相380V），伺服性能穩(wěn)定，過(guò)負(fù)載能力強(qiáng)，對(duì)環(huán)境要求較低，可滿足此臺(tái)機(jī)床的安裝、加工要求。

4 改造升級(jí)步驟

（1）對(duì)此臺(tái)需改造導(dǎo)軌磨床的機(jī)床構(gòu)造、說(shuō)明書(shū)、圖紙和電氣元器件進(jìn)行整理，根據(jù)磨床機(jī)械特點(diǎn)和各項(xiàng)精度要求，熟悉加工工藝，分析其控制的方式原理、完成的動(dòng)作時(shí)序和條件關(guān)系，以及相關(guān)的保護(hù)和聯(lián)鎖控制。通過(guò)PLC模塊和梯形圖對(duì)現(xiàn)有的控制操作加以改進(jìn)，縮短工步響應(yīng)時(shí)間，提高加工精度、可操作性和安全性等。

（2）對(duì)新裝配的控制電柜內(nèi)斷路器、接觸器、熱繼電器等元器件進(jìn)行選型，并合理布局裝配，根據(jù)產(chǎn)品特性和公司庫(kù)存情況，降本增效，本次改造選用天水213產(chǎn)品、西門(mén)子 S7-226的PLC硬件和華中HSV-180AD數(shù)控系統(tǒng)伺服及電機(jī)。

（3）繪制新的強(qiáng)電原理圖和控制電柜布局圖，合理安排配電柜內(nèi)空間，系統(tǒng)模塊在上，控制元器件布局在中間，變壓器在下。原來(lái)2面配電柜壓縮成一面控制柜，原來(lái)柜內(nèi)控制回路電壓為24V，控制變壓器數(shù)量多，易故障，本次采用220V控制電壓，將控制變壓器優(yōu)化節(jié)省，降低成本。

（4）根據(jù)新的機(jī)床強(qiáng)電原理圖，結(jié)合機(jī)床工藝要求，動(dòng)作時(shí)序和條件關(guān)系，以及相關(guān)的保護(hù)和聯(lián)鎖控制編寫(xiě)PLC梯形圖，具體步驟如下：a.對(duì)機(jī)床控制電壓等級(jí)進(jìn)行整理，將直流和交流控制電路嚴(yán)格分類，將各個(gè)元器件和控制回路電壓整理，繪制此臺(tái)磨床新的強(qiáng)電圖紙和弱電控制圖紙，對(duì)機(jī)床零部件進(jìn)行維修、更換、保養(yǎng)。b.編輯PLC梯形圖，重點(diǎn)掌握PLC給華中驅(qū)動(dòng)器輸出的指令信號(hào)。確定與機(jī)床電路圖中的中間繼電器、時(shí)間繼電器對(duì)應(yīng)的梯形圖中的輔助繼電器和定時(shí)器的元件號(hào)，建立機(jī)床電路圖和梯形圖中的元件一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。c.設(shè)計(jì)并調(diào)試S7-226的PLC硬件和華中伺服HSV-180AD交流伺服驅(qū)動(dòng)單元及電機(jī)相關(guān)參數(shù)及接線方式。d.對(duì)PLC給伺服驅(qū)動(dòng)器輸出的脈沖信號(hào)、方向信號(hào)、電源輸入輸出進(jìn)行整理分析。e.整理PLC模塊的輸入信號(hào)和輸出負(fù)載，在保證滿足工藝要求的前提下，最大限度的使用原有機(jī)床的輸入/輸出設(shè)備，降低改造成本。對(duì)PLC模塊的輸入輸出點(diǎn)進(jìn)行整理，PLC的輸出端中的繼電器來(lái)控制外圍接觸器和電磁閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)，PLC的輸入端中的繼電器來(lái)接受按鈕、控制開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)等發(fā)來(lái)的控制命令和反饋信號(hào)，中間繼電器和時(shí)間繼電器通過(guò)PLC內(nèi)部的輔助繼電器和定時(shí)器來(lái)完成。

（5）組織電工進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)改造，敷設(shè)并安裝相關(guān)機(jī)床元器件及電源、控制電纜。

（6）根據(jù)整理出來(lái)的輸入信號(hào)和輸出負(fù)載要求，編制詳細(xì)的PLC程序并調(diào)試機(jī)床整體性能，滿足加工工藝要求。

5 改造注意事項(xiàng)

（1）直流和交流必須分開(kāi)，零地不共用。強(qiáng)電和弱電線路必須分開(kāi)，交流220V和交流110V回路不交叉，電壓等級(jí)不同零線不共用，可有效的避免PLC、驅(qū)動(dòng)器模塊和變壓器的燒毀。

（2）圖紙?jiān)O(shè)計(jì)時(shí)，考慮每個(gè)元器件的電壓等級(jí)及響應(yīng)的先后順序，避免因電壓等級(jí)錯(cuò)誤或時(shí)序錯(cuò)誤導(dǎo)致機(jī)床零部件燒毀，事故的發(fā)生。

（3）梯形圖電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)，盡量使用常開(kāi)觸點(diǎn)。

（4）本次設(shè)計(jì)盡量減少PLC的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)，多采用54P型中間繼電器，可預(yù)留多組常開(kāi)/常閉控制回路觸點(diǎn)。一般只需要一組常閉或常開(kāi)PLC輸入信號(hào)，但可多次在PLC梯圖中調(diào)用同一常開(kāi)/常閉觸點(diǎn)。

（5）驅(qū)動(dòng)器和PLC的數(shù)據(jù)通訊電纜不超過(guò)3米。

（6）機(jī)床外圍設(shè)備和元器件盡量選用安全電壓，保證用電安全。

（7）華中伺服驅(qū)動(dòng)器、PLC模塊的零線、地線單獨(dú)引接，不和電柜內(nèi)零地排混接。

（8）根據(jù)導(dǎo)軌磨床的機(jī)械特性和加工工藝要求，調(diào)整伺服驅(qū)動(dòng)器參數(shù)保護(hù)，過(guò)電流、電壓、反饋補(bǔ)償?shù)葏?shù)可使磨床工作運(yùn)行狀態(tài)調(diào)整到最佳。

6 結(jié)束語(yǔ)

此次威海導(dǎo)軌磨床改造升級(jí)，總的來(lái)說(shuō)是成功的，雖然PLC內(nèi)部程序進(jìn)行優(yōu)化，耗時(shí)較長(zhǎng)，但最終交付車(chē)間使用。但改造后的機(jī)床提高了工作效率和機(jī)床班產(chǎn)量，也達(dá)到生產(chǎn)工藝新標(biāo)準(zhǔn)和機(jī)床精度標(biāo)準(zhǔn)，得到了機(jī)床操作工和使用部門(mén)的認(rèn)可。

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