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PLC在机床改造中的应用


  

计算机应用

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文章编号 :1002 - 6886 (2005) 05 - 0053 - 02

PLC 在机床改造中的应用
黄崇莉 , 王玲
( 陕西理工学院 机电系 , 陕西   汉中   723003)

摘要 : 本文介绍了利用 PL

C 改造机床的一种新方法 ,给出了机械改造部位 、 PL C 控制系统的设计以及设计中几个关键问题 的处理办法 。对步进电机控制的点位系统有借鉴作用 。 关键词 : 数控改造  PL C   步进电机   点位系统 Application of PLC to Transf orming Lathe
HUANG Chong2li , WANG Ling

Abstract : This article int roduces a new of way ,which is used to reform lat he wit h PL C. It ut sforward t ransfo rmable location , p roject of PL C cont rol system and t reat mant s of pivotal problems. It learns fo rm t he way t hat stepping motor plot2plot co nt rol sys2 tem. Key words :numerical cont rol t ransforme ; PL C ; stepping motor ;plot2plot cont rol system

1  引言
目前 ,在机械加工企业中 ,有许多旧式普通机床 , 为了使 机床适应小批量 、 多品种 、 复杂零件的加工 ,充分利用普通机 床 ,就需要对普通机床进行机电一体化改造 。通常改造的方 法有几种 : 一种方法是以微机作为控制元件 ( 主要是单片机 ) , 通过对机床的进给系统进行改造 , 采用步进电动机开环控制 系统 ; 第二种方法是以可编程控制器 ( 简称 PL C) 作为主控元 件 ,替代机床继电器 - 接触器组成的电气控制部分 ,其目的是 为了提高机床电气控制系统的可靠性 , 这种方法主要应用于 组合机床以及生产线上的专用机床 ; 第三种方法采用专用的 数控设备来控制机床的伺服进给系统 , 其伺服进给系统为步 进电机开环控制系统 。这几种控制方法各有特点 : 单片机构 成的控制系统不但能控制机床的运动轨迹 , 也可以简化机床 的机械结构 ,但是其接口设计复杂 ,可靠性低 ,而 PL C 组成的 控制系统接口简单 ,可靠性高 , 但不能控制机床的运动轨迹 , 对机床的机械结构部分没有改变 。虽然采用专用的数控设备 不但能简化机床的机械结构 ,而且能控制机床的运动轨迹 ,但 专用数控设备价格高 ,不适应经济性数控机床 。 近几年随着微电子技术 、 计算机技术 、 集成技术以及自动 控制技术的发展 , PL C 的功能越来越强大 , 功能模块越来越 多 ,可以在小型 PL C 机上实现大型机的功能 。本文提出了利 用 PL C 控制步进电动机和机床主轴来实现机床的数控化改 造。

造设计方案如下 : 1) 主轴传动系统采用变频调速 ; 2) 横向进给和纵向进给传动系统采用步进电机开环控 制; 3) 刀架部分不变 ; 4) 主要技术参数 : 横向进给脉冲当量 0. 05 mm/ step , 快 进速度 2 mm/ min ; 纵向进给脉冲当量 0. 001 mm/ step , 快进 速度 1 mm/ min 。机床总体方案如图 1 所示 。

3  机械部分的改造 3 . 1 主轴传动系统
为了简化主轴箱的结构 ,满足主轴调速和转矩要求 ,主轴 传动系统原交流异步电动机型号不变 , 采用三相异步电动机 经皮带 、 降速齿轮驱动主轴旋转 。

2  改造方案的确定
数控改造普通机床主要是解决机床和运动部分的传动链 之间的关系 , 以 C616 卧式车床为例 , 其传动链主要有 : 主轴 传动系统 、 进给传动系统 。为了能充分利用 PL C 的功能 , 改

3 . 2 进给传动系统
横向进给和纵向进给传动系统都采用步进电机经减速齿 轮驱动滚珠丝杠副 ,推动刀架拖板作插补运动 。为了提高进 给传动精度 ,齿轮选用具有调隙结构的直齿轮 ,滚珠丝杠副安 装时要预紧 。

) ,女 ,陕西人 ,讲师 ,在职研究生 。目前主要从事电传动控制及检测传感技术的研究和教学工作 。   作者简介 : 黄崇莉 (1965 —

  收稿日期 :2005 - 5 - 16

? 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.

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4  控制系统设计 4 . 1 硬件结构
为了系统以后功能的扩充 ,提高系统的可维护性 ,本控制 系统采用模块化设计 。它由四个子系统构成 , 即 : PL C 控制 器、 变频器 、 步进电机驱动模块 、 键盘/ 显示板 。其控制系统组 成逻辑图如图 2 所示 , 其 PL C 控制器选用功能强大 、 扩展方 便的三菱公司的 FX2N 系列的可编程控制器 ,变频器也选用三 菱公司的 。两个步进电机选用同型号的反应式步进电机和相 应的驱动器 。

现代机械   2005 年第 5 期

  

由于 PL C 是循环扫描方式工作 ,其扫描周期一般在几毫秒至 几十毫秒之间 ,所以步进电机不能在高频下运行 ,脉冲信号频 率只能在十至几十赫兹范围 。步进电机的转速与控制脉冲成 正比 ,当步进电机在低频运行时 , 为了保证系统的定位精度 , 脉冲当量又不能太大 ,这就是定位的时间太长 。为了解决这 个问题 ,将定位过程分为脉冲当量不同的两个阶段 : 粗定位和 精定位 。在机械结构上采用两套变速机构 ,在粗定位阶段由 步进电机直接驱动刀架 , 精定位阶段采用步进电机经降速齿 轮来驱动刀架 ,两套装置有电磁离合器控制 。

5 . 2 数据输入装置和数码输出显示电路
为了方便的实现数据的在线输入和修改 ,采用 BCD 码拨 盘装置 ,拨盘共有十个位置 ,每个位置都有相应的数字指示 , 这样就不必再设置数码输入显示电路 。为了显示有关参数的 变化 ,如步进电机步数或转速 , 采用数码管器件 。为了压缩 PL C 的输入/ 输出点数 ,在数码显示电路中采用软件编码 、 硬 件解码的方法 , 如对 9 种及以上的故障显示 ,可采用 8 - 4 软 件编码 、 4 - 8 硬件解码 ,使输出点压缩为 4 个 。

5 . 3 元件故障检测
PL C 具有很高的可靠性 ,所以 PL C 控制系统的大部分故 障来自于 PL C 外部元件 ,例如常见的有按钮或行程开关触点 熔焊及氧化形成的短路或断路故障 。当系统遇到电气或机械 故障时 ,软件按超时方式进行判断并启动声光报警 ,转入故障 处理程序模块 。

6  结束语 4 . 2 软件结构
为了便于软件调试 ,软件结构采用模块化结构 ,主要分为 以下几部分 : 步进电机控制模块 、 进给系统定位控制模块 、 数 据输入及数据传输模块 、 显示模块以及元件故障检测及报警 模块 。 由于软件结构较大 ,步进电机的控制是通过脉冲控制器 产生 0. 1 秒的控制脉冲使移位寄存器移位 ,产生六拍时序脉 冲 ,通过 PL C 三个输出继电器控制驱动器使步进电机按三相 六拍的通电方式运行 。为了实现定位控制 ,采用不同计数器 分别控制粗定位行程和精定位行程 , 计数器的设定值根据行 程来确定 。 用可编程序控制器 ( PL C) 将普通机床改造为经济性数控 机床 ,通过实验 ,简单易行 ,可靠性高 ,抗干扰能力强 。其设计 思路也适应于步进电机驱动单轴或两轴点位控制系统 。 参考文献
1 张建民等编著 . 机电一体化系统设计 [ T H ] . 北京 : 北京理工大学出

版社 ,2001
2 王爱玲主编 . 现代数控原理及控制系统 [ T G] . 北京 : 国防工业出版

社 ,2002
3 张凤珊主编 . 电气控制及可编程序控制器 [ TM ] . 北京 : 中国轻工业

出版社 ,2003
4 张新华 ,鲁志康 . PL C 控制轴定位 . 机械与电子 ,2000 (1) 5 王玉琳 . 一种新型步进电机驱动器 . 机电一体化 ,2004 (2)

5  设计中几个关键问题的处理 5 . 1 防止步进电机在运行时失步
( 上接第 16 页)

4  结论
本文通过实例方式介绍了一曲柄摇杆机构及其两个同源 机构 ,从设计到仿真的具体实施过程 。为机构的设计提供了 一种方法 ,可以在具体设计时 ,为实现相同的设计目的而提供 不同的机构类型和类型相同的不同尺寸的可选机构 。由于原 始机构及其同源机构的构件尺寸和机构类型有所差异 , 因此 运动特性也会有所不同 。可以通过仿真的手段选择运动特性 较好的机构来实现预期的设计目标 。
版社 ,1993 :88~90

参考文献
1 梁崇高 ,陈海宗 . 平面连杆机构的计算设计 [ M ] . 北京 : 高等教育出 2 王国强等 . 虚拟样机及其在 ADAMS 上的实践 [ M ] . 西北工业大学

出版社 ,2003. 3
3 北京有色冶金设计研究总院编 . 机械设计手册 ( 第一卷 . 第四版) .

北京 : 化学工业出版社 , 2002 (1) :4 - 74
4 孙桓 ,陈作模. 机械原理(第五版) [M] . 北京 :高等教育出版社 ,1995:137~189 5 吴琛 ,褚金奎 ,曹惟庆 . 四杆曲线同源机构的构成特性和传动角的

研究 . 机械科学与技术 [J ] . 1999 (1) :11~13

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