數(shù)控螺紋磨床電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究

黃嵩原

摘要：本文對(duì)數(shù)控螺紋磨床電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，提出了智能磨削的電氣系統(tǒng)平臺(tái)，其在具體的工程實(shí)踐中具有重要的應(yīng)用價(jià)值和意義。

關(guān)鍵詞：螺紋磨床;電氣系統(tǒng);數(shù)控;設(shè)計(jì)與研究

中圖分類號(hào)：TG62 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2019）08-0012-01

0 引言

本文設(shè)計(jì)的數(shù)控螺紋磨床電氣系統(tǒng)，可以很好的要求數(shù)控螺紋的磨床工作，通過內(nèi)嵌的設(shè)計(jì)程序，自定義設(shè)計(jì)控制輔助電機(jī)。在設(shè)計(jì)電氣系統(tǒng)的時(shí)候，需要考慮低壓電氣的選型，這樣才能夠從電磁兼容的角度來對(duì)數(shù)控螺紋磨床的電氣系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析，這樣才能夠更好的對(duì)其進(jìn)行控制，進(jìn)行仿真方案的分析[1]。

1 電氣系統(tǒng)控制要求

在具體的設(shè)計(jì)過程中，需要結(jié)合數(shù)控螺紋磨床的工作時(shí)序，這樣才能夠設(shè)計(jì)出相應(yīng)的電氣系統(tǒng)。電氣系統(tǒng)需要結(jié)合電源的開關(guān)，液壓泵的啟動(dòng)和暫停，從而讓工作臺(tái)進(jìn)行轉(zhuǎn)速的配合和啟動(dòng)，控制砂輪架的攻擊，這樣能夠更好讓鏟磨電機(jī)能夠更好的啟動(dòng)和暫停。數(shù)控系統(tǒng)可以消除母絲桿的反向間隙，補(bǔ)償螺距，通過恒溫油箱，磨削的冷卻等，對(duì)繼電氣進(jìn)行更好的實(shí)現(xiàn)和控制，從而讓導(dǎo)軌能夠得到潤(rùn)滑，尾架能夠更好的隱退。這些都需要通過電磁閥來控制液壓系統(tǒng)來進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，自動(dòng)控制機(jī)床的鎖定。數(shù)控螺紋的磨床可以輔助控制電機(jī)的啟動(dòng)，按鍵可以自鎖，床身上需要設(shè)計(jì)導(dǎo)軌自潤(rùn)滑的按鈕，確保電氣螺紋磨床的正確動(dòng)作和順序，避免出現(xiàn)安全事故[2]。

首先，在工作模式下，砂輪在磨削的過程中，是不允許停止進(jìn)行整修的，砂輪和整修輪都不會(huì)停止，因此自定義按鍵在這種模式下是起不到作用的，隱退按鍵也不會(huì)對(duì)床身上的導(dǎo)軌的自潤(rùn)滑和尾架產(chǎn)生作用。其次，如果油壓是正常的，這時(shí)機(jī)床才能夠正常的工作，因此需要在液壓系統(tǒng)中涉及一個(gè)壓力的開關(guān)，只有油壓達(dá)到一定要求之后，這個(gè)開關(guān)才會(huì)連通，螺紋磨床才能夠工作。如果液壓系統(tǒng)出現(xiàn)漏油等情況，那么壓力開關(guān)就會(huì)自動(dòng)的斷開，停止整個(gè)系統(tǒng)的工作。第三，為了電氣系統(tǒng)能夠更好的在一個(gè)恒定的溫度下進(jìn)行工作，需要數(shù)控系統(tǒng)能夠開啟電氣柜的空調(diào)移機(jī)恒溫的油箱。第四，為了能夠讓磨削前夾緊砂輪的架圓筒，需要不停的在磨削之中轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣才能夠確認(rèn)信號(hào)，并且開啟正常的工作。第五，工作臺(tái)的左右移動(dòng)會(huì)影響對(duì)刀的效果，因此主軸必須要禁止運(yùn)動(dòng)，這樣電子的手輪才可以發(fā)揮作用。數(shù)控軸的運(yùn)動(dòng)如果可以達(dá)到極限位置，就可以接收到極限信號(hào)，這時(shí)數(shù)控臺(tái)就會(huì)停止動(dòng)作，進(jìn)行警報(bào)。如果輔助電機(jī)出現(xiàn)故障，油箱的液體過低的時(shí)候，也會(huì)出現(xiàn)警報(bào)，排除故障之后，警報(bào)就可以解除[3]。

2 電氣系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)電氣系統(tǒng)的程序的過程中，需要利用數(shù)控技術(shù)來對(duì)起床進(jìn)行開發(fā)，在機(jī)上安裝硬件的組態(tài)，并且進(jìn)行軟件的變成。結(jié)合數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)庫(kù)的文件，將程序的設(shè)計(jì)復(fù)制到用戶的程序中，這樣才能夠在此程序上進(jìn)行設(shè)計(jì)。

首先需要對(duì)軟件結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)軟件設(shè)計(jì)的框架，結(jié)合數(shù)控系統(tǒng)的內(nèi)容，設(shè)計(jì)出螺紋磨床所需要的功能板塊。數(shù)控螺紋磨床磨削需要分為磨削以及修正兩個(gè)部分，因此這兩個(gè)部分需要有不同的通道接口和數(shù)據(jù)模塊，分配不同的軸接口的信號(hào)。其次，一系列的主程序需要經(jīng)過重復(fù)和掃描來寫在程序或者程序塊里面，需要設(shè)計(jì)其螺紋磨床的程序，使其能夠遵循基本的程序，對(duì)通訊信號(hào)進(jìn)行分配。第三，子程序的設(shè)計(jì)，在初始化程序的基礎(chǔ)上，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行執(zhí)行，對(duì)機(jī)床進(jìn)行賦值，對(duì)地址進(jìn)行重新分配，執(zhí)行初始化的功能。螺紋磨床的主程序員需要配置在相應(yīng)的接口上，選用接近的開關(guān)，根據(jù)具體的信號(hào)，檢測(cè)相應(yīng)的距離。伺服軸的運(yùn)動(dòng)需要達(dá)到硬限開關(guān)，只要接近開關(guān)，就會(huì)發(fā)出信號(hào)。檢測(cè)到信號(hào)之后，就可以停止數(shù)控系統(tǒng)的控制，并且發(fā)出警報(bào)。通過手動(dòng)復(fù)位之后，就可以接受到軸。

數(shù)控系統(tǒng)可以將警報(bào)信息進(jìn)行綜合，對(duì)應(yīng)到相應(yīng)的警報(bào)接口和地址，這樣就可以顯示出相應(yīng)的警報(bào)。在設(shè)計(jì)的數(shù)控磨床中，如果輔助的電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間出現(xiàn)電流或者漏電的情況，就會(huì)出動(dòng)漏電保護(hù)裝置，讓數(shù)控軸的運(yùn)作出發(fā)設(shè)定值，從而發(fā)出警報(bào)。例如，砂輪電機(jī)如果出現(xiàn)負(fù)載過大，就會(huì)出現(xiàn)電路漏電的情況，需要啟動(dòng)漏電保護(hù)裝置，將輔助觸點(diǎn)位置設(shè)為信號(hào)位置，使其成為數(shù)控系統(tǒng)的報(bào)警信號(hào)，抄送砂輪電機(jī)過載的信號(hào)。如果出現(xiàn)報(bào)警，驅(qū)動(dòng)器的電源模塊就會(huì)向電網(wǎng)進(jìn)行反饋，按照驅(qū)動(dòng)器的控制時(shí)序來進(jìn)行上電和斷電的控制在，這樣就可以控制驅(qū)動(dòng)器的硬件故障。

驅(qū)動(dòng)器的電源上有三個(gè)控制信號(hào)端，可以控制接觸器的接通，讓直流母線可以通過充電段，控制接觸器的接通，讓控制器可以工作。在實(shí)際工作中，端子應(yīng)該一直處于接通的狀態(tài)，為了避免高壓觸點(diǎn)，可以在設(shè)計(jì)程序的時(shí)候，讓端子之間相對(duì)應(yīng)的進(jìn)行數(shù)字量的輸出。軸控制可以和軸測(cè)量有效的結(jié)合在一起，讓數(shù)控系統(tǒng)的軸接口信號(hào)能夠和地址一一對(duì)應(yīng)。

3 數(shù)控螺紋磨床磨削過程

數(shù)控螺紋磨床輔助機(jī)包含很多個(gè)部分，需要對(duì)其進(jìn)行手動(dòng)的控制，也可以借助輔助電機(jī)進(jìn)行數(shù)控程序的控制。本系統(tǒng)提供的面板上的按鈕，不僅可以手動(dòng)對(duì)輔助電機(jī)進(jìn)行控制，也可以采用程序設(shè)計(jì)來控制電機(jī)的開啟或者停止。輔助電機(jī)的控制是獨(dú)立的，但是各部分的功能之間有一定的時(shí)序關(guān)系。冷卻泵在啟動(dòng)的過程中，需要磁性分離器將冷卻泵進(jìn)行停止，才能夠停止磁性分離器。采用手動(dòng)的方式控制砂輪的電機(jī)的過程，可以在數(shù)控程序中進(jìn)行調(diào)用，砂輪的電機(jī)開始啟動(dòng)的過程中，會(huì)出現(xiàn)數(shù)控的程序。砂輪的電機(jī)在進(jìn)行螺紋磨床程序的設(shè)計(jì)時(shí)，需要將主軸的轉(zhuǎn)速調(diào)整到合適的位置，之后設(shè)置砂輪的進(jìn)退的速度。砂輪的橫向移動(dòng)的量需要結(jié)合整體的速度進(jìn)行修訂，設(shè)置最大的直徑和最小直徑的范圍。數(shù)控螺紋磨床的磨削過程需要從原始的點(diǎn)開始逐漸快速的到給到點(diǎn)，之后再慢速的到螺紋槽里面。開始磨削的時(shí)候，主軸會(huì)帶動(dòng)絲杠進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，之后每旋轉(zhuǎn)一周，就會(huì)給出一個(gè)導(dǎo)程。這一過程中結(jié)束之后，砂輪架會(huì)回到整修的遠(yuǎn)點(diǎn)。在這一過程中，可以手動(dòng)進(jìn)入砂輪的自動(dòng)修整的程序，在修正之后，可以按照前面的設(shè)定繼續(xù)磨削的過程，直到出現(xiàn)滿意的產(chǎn)品之后，就可以停止程序，卸載工件。

砂輪的控制可以采用仿真的分析方法，建立起系統(tǒng)的模型。采用變頻器以及電機(jī)的方式作出控制方案，在結(jié)合螺紋磨床的實(shí)際情況進(jìn)行建模。如果是異步的電機(jī)，則可以將其看做是線性的關(guān)系，在一定范圍內(nèi)設(shè)定電機(jī)的額定頻率，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。在對(duì)控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)之后，就可以得到額定頻率的值。為電機(jī)設(shè)定額定的轉(zhuǎn)速之后，就可以通過控制器調(diào)節(jié)來控制速度，使其轉(zhuǎn)化成為頻率的值。利用變頻器的模型來控制變頻，根據(jù)信號(hào)發(fā)生器發(fā)出的信號(hào)，對(duì)電源壓進(jìn)行控制，做出仿真的模型。電機(jī)的模型可以直接從工具箱中進(jìn)行調(diào)用，也可以在設(shè)定了參數(shù)之后，利用異步電機(jī)的模型，使其與實(shí)際的電機(jī)相匹配。設(shè)置的值要合理，這樣才能夠讓單位轉(zhuǎn)換合適，從而在示波器中進(jìn)行顯示。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文對(duì)螺紋磨床電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，分析了螺紋磨床電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求，分析了其原理圖的設(shè)計(jì)和制作，根據(jù)主控制電路和程序的設(shè)計(jì)，對(duì)螺紋磨床數(shù)控電氣的磨削過程進(jìn)行編程。在程序設(shè)計(jì)的過程中，需要針對(duì)砂輪的轉(zhuǎn)速提出相應(yīng)的方案，并且進(jìn)行分析和驗(yàn)證，同時(shí)進(jìn)行程序的設(shè)計(jì)，最后有針對(duì)性的設(shè)計(jì)出電磁兼容的電路。

參考文獻(xiàn)

[1] 宋玉慶.基于三菱PLC和變頻控制的Y7520W萬(wàn)能螺紋磨床的電氣改造設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2014（06）：28-30.

[2] 胡孟華.數(shù)控螺紋磨床電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[D].南京理工大學(xué)，2011.

[3] 張鳳杰.螺紋磨床在線磨削自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)——電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)與控制研究[D].南京理工大學(xué)，2004.

Design and Research on Electrical System of CNC Thread Grinder

HUANG Song-yuan

（Shanghai Machine Tool Wooks Co.， Ltd.， Shanghai? 200093）

Abstract：This paper studies the design of the electrical system of CNC thread grinder， and puts forward the electrical system platform of intelligent grinding， which has important application value and significance in specific engineering practice.

Key words：thread grinder; electrical system; numerical control; design and research