X2010C龍門銑床控制系統(tǒng)改進

張瑞萍，蘇燕辰

（西南交通大學(xué)機械工程學(xué)院，四川 成都 610031）

0 引 言

X2010C龍門銑床是天津第六機床廠20世紀生產(chǎn)的產(chǎn)品。機床的主運動為兩個水平主軸及一個垂直主軸的刀具旋轉(zhuǎn)，分別由J02-61-4、13 kW交流異步電機拖動，通過機械實現(xiàn)有級調(diào)速。機床進給運動由工作臺前后移動、垂直主軸箱橫梁的左右移動和兩個水平主軸箱沿立柱的上下移動完成。工作臺拖動電機為Z2-52、4 kW直流電機。垂直主軸箱進給拖動電機為Z2-42、2.2 kW直流電機。工作臺及垂直主軸箱進給電機均由同一可控硅整流器供電，調(diào)節(jié)電機電樞電壓實現(xiàn)無級調(diào)速。在同一時間內(nèi)機床只允許有單一方向進給運動。兩個水平主軸箱的進給運動由拖動該主軸旋轉(zhuǎn)的交流異步電機拖動，進給速度比例于該軸轉(zhuǎn)速，由機械齒輪實現(xiàn)有級調(diào)速。橫梁升降和潤滑油泵分別由兩臺異步電機驅(qū)動。

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，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，但機械部分仍可以使用，所以通過PLC和514C直流調(diào)速器對其控制系統(tǒng)進行改造[1]。

圖1 PLC輸入、輸出點分配圖

1 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

控制系統(tǒng)選擇三菱FX2N-MR64，該PLC具有功能強、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。系統(tǒng)通過PLC控制繼電器，進而控制接觸器通斷控制主軸、橫梁升降電機、潤滑油泵電機啟停，控制系統(tǒng)硬件接線如圖1所示。控制系統(tǒng)經(jīng)過以PLC為核心的繼電器、接觸器控制，能夠?qū)崿F(xiàn)3個主軸正反轉(zhuǎn)、進給換向、速度調(diào)節(jié)、快速行走等功能。

工作臺進給和垂直主軸箱移動通過514C直流調(diào)速器調(diào)節(jié)直流電機兩端電壓實現(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)速器的運行狀態(tài)[3]。電路中設(shè)有過流保護、電動機超溫保護、失壓保護、速度反饋電路。在本系統(tǒng)中，514C電路連接如2圖所示，首先閉合斷路開關(guān)Q7，這時當繼電器K20閉合，5端有輸入信號時接觸器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-，勵磁輸出端F+、F-上就有直流電壓輸出。因為工作臺進給和垂直主軸箱移動不同時動作，所以通過接觸器KM15和KM16分別控制兩個直流電機動作，線路和程序上都設(shè)置互鎖，使得514C每次都驅(qū)動一個直流電機。將測速發(fā)電機的輸出線接到接線端子的1、11上，速率反饋信號送到直流調(diào)速器里，通過內(nèi)部電路分析判斷就可以得到一個穩(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調(diào)節(jié)電阻實現(xiàn)的，電路中RW 1、RW2串聯(lián)，K14閉合實現(xiàn)工作狀態(tài)，K16閉合為正向進給，K17閉合為反向進給，將RW1、RW2 放置于控制面板實現(xiàn)調(diào)速。RW3、RW4串聯(lián)，輸出電壓鎖定調(diào)節(jié)到最大，K15閉合實現(xiàn)電機快速轉(zhuǎn)動，K16閉合為正向快速，K17閉合為反向快速。繼電器通斷通過控制面板按鈕進入PLC經(jīng)邏輯運算輸出[4-5]。

2 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

X2010C龍門銑床控制流程如圖3所示，首先通過控制箱旋轉(zhuǎn)按鈕為系統(tǒng)通電，然后啟動工作主軸，準備就緒后控制操作面板按鈕，啟動潤滑泵，設(shè)置啟動速度、進給軸、自動/手動等，最后根據(jù)要求啟動和停止實現(xiàn)作業(yè)。

根據(jù)銑床動作要求和硬件設(shè)計，編寫PLC程序[6-7]，圖4為控制系統(tǒng)部分程序。工作前首先打開潤滑泵，X13得電，Y10控制潤滑泵啟動；同時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供電準備工作。工作臺和主軸箱移動需要在橫梁夾緊，潤滑泵啟動，進給互鎖傳感器常開的條件下動作，軟件設(shè)計通過設(shè)置中間繼電器M0實現(xiàn)，當進給條件滿足時M0閉合，此時按下前進或后退按鈕后工作臺和主軸箱移動。

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)整選擇開關(guān)分別表示自動和手動。例如選擇工作臺進給，X16為高電平，設(shè)定為工作狀態(tài)，按下“前進”按鈕后，工作臺自動前進，直到按下“停止”按鈕或者碰到傳感器后工作臺停止；設(shè)定為調(diào)整狀態(tài)，一直按下“后退”按鈕，工作臺后退，松開“后退”按鈕工作臺停止。

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。首先進行線路和元件調(diào)試，線路和元件調(diào)試成功后，主要對514C調(diào)速器參數(shù)調(diào)試。開始運行后514C調(diào)速器正常輸出，大約5min后過流指示燈報警并停止輸出電壓，通過手動調(diào)節(jié)P5電壓器調(diào)節(jié)電流閾值來消除報警，同樣方法調(diào)節(jié)其他參數(shù)，直到調(diào)速器長時間工作沒有報警，正常運行，表明參數(shù)設(shè)置合理。電機轉(zhuǎn)速通過手動控制面板兩個電位器實現(xiàn)，由于電位器精度問題，兩個相同標值的電位器實際精度會有差距，出現(xiàn)過零現(xiàn)象，通過兩個電位器中點接514C零點消除。系統(tǒng)硬件調(diào)試完成后，進行軟件的調(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)過調(diào)試實現(xiàn)了控制功能。

4 結(jié)束語

改進后的X2010C龍門銑床控制系統(tǒng)經(jīng)調(diào)試和運行后，具有手動/自動、進給/快速、正反向調(diào)節(jié)功能，性能穩(wěn)定，實現(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，簡化了電路，成本合理，具有一定的應(yīng)用價值。

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