淺談PLC與觸摸屏技術(shù)在普通車床改造中的應(yīng)用

摘 要：在我們國家機(jī)械制造行業(yè)目前還在使用比較落后的普通機(jī)床，數(shù)控機(jī)床總量大約12萬臺(tái)，還不到國家機(jī)床總量的3%。 美國、日本、和歐洲發(fā)達(dá)國家早就在進(jìn)行普通機(jī)床的數(shù)控改造，他們把機(jī)床改造業(yè)作為新的國民經(jīng)濟(jì)增長支柱行業(yè)，發(fā)展迅速。隨著社會(huì)的進(jìn)步，科技的不斷更新，機(jī)床的技術(shù)改造也日新月異，機(jī)床改造是個(gè)“永恒”的話題。我國的機(jī)床改造業(yè)也在逐漸發(fā)展為以數(shù)控為主的新的行業(yè)。

關(guān)鍵詞：PLC；觸摸屏；數(shù)控；車床改造

1 普通車床數(shù)控改造的意義

隨著社會(huì)工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，傳統(tǒng)的繼電器/接觸器控制系統(tǒng)已不能滿足當(dāng)今社會(huì)工業(yè)自動(dòng)化控制的需要，可編程控制器（PLC）技術(shù)是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電器/接觸器的控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是當(dāng)今和未來技術(shù)發(fā)展的必然趨向！

數(shù)控車床的高精度、高效率決定了未來機(jī)械加工行業(yè)數(shù)控機(jī)床的主導(dǎo)地位，大力發(fā)展數(shù)控車床是當(dāng)前機(jī)械加工的需求。普通車床生產(chǎn)的產(chǎn)品越來越不能滿足機(jī)械加工的要求，普通車床的數(shù)控改造是社會(huì)發(fā)展的必然趨勢，勢在必行。將普通車床改造成數(shù)控車床有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

（1）節(jié)約成本。由普通車床改造好的數(shù)控車床的成本只有新購置的數(shù)控車床的一半左右。 車床的型號(hào)越大改造節(jié)約的成本就越高，還可以充分利用原有基地，不用運(yùn)輸和安裝；

（2）性能穩(wěn)定。改造前的普通車床各個(gè)部件經(jīng)過長期時(shí)效，不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力變形，而影響車床的穩(wěn)定；

（3）提高生產(chǎn)效率。普通車床數(shù)控改造后和數(shù)控車床一樣能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加工，大幅度的提高了生產(chǎn)效率，零件越復(fù)雜，提高的效率就越多，還節(jié)約了工裝時(shí)間。

2 PLC與觸摸屏控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

CA6140臥式車床采用傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電氣控制，接線多而復(fù)雜，體積大，功耗大，可靠性差，生產(chǎn)效率低，難以滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的需求。現(xiàn)如今PLC技術(shù)在CA6140車床改造中得到了應(yīng)用。目前CA6140型車床是一種應(yīng)用范圍非常廣泛的普通車床。為了提高了CA6140車床的可靠性和生產(chǎn)效率，適應(yīng)新形勢企業(yè)生產(chǎn)需要，采用PLC與變頻器控制相結(jié)合的技術(shù)對車床的電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，采用 PLC與觸摸屏控制系統(tǒng)取代傳統(tǒng)繼電器的邏輯控制線路部分。輸入部分為車床控制系統(tǒng)的控制按鈕 ，速度繼電器監(jiān)測主軸電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的正反向常開觸點(diǎn)、熱繼電器常閉觸點(diǎn) ，輸出部分為機(jī)床控制系統(tǒng)的接觸器線圈 ，中間繼電器線圈、照明燈。

本設(shè)計(jì)以PLC與觸摸屏控制系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的繼電器控制部分，主要內(nèi)容如下：

2.1 車床機(jī)械部分的調(diào)整與設(shè)計(jì)

普通車床的數(shù)控改造為了發(fā)揮數(shù)控系統(tǒng)的先進(jìn)技術(shù)性能，提高生產(chǎn)效率，無論是車床的外型還是車床的機(jī)械控制部件都要進(jìn)行調(diào)整與改進(jìn)。

（1）床身：普通車床的數(shù)控改造，生產(chǎn)效率明顯提高，機(jī)床利用率提高了所以要充分考慮車床零件的耐磨性，尤其是車床導(dǎo)軌的耐磨性。

（2）主軸變速箱：普通車床的數(shù)控改造，為了提高生產(chǎn)效率和表面質(zhì)量，要求主軸變速箱有足夠的變速范圍（1～16）以便保證在加工時(shí)選擇合理的切削速度，主軸變速箱的改造根據(jù)具體情況進(jìn)行改造。

（3）拖板：普通車床的數(shù)控改造，主要通過數(shù)控系統(tǒng)來直接控制拖把。由于拖把由數(shù)控系統(tǒng)控制，所以車床改造后的拖板除了保證拖板及其配件精度，還應(yīng)滿足傳動(dòng)精度和靈敏度要求。采用柔性調(diào)整法和剛性調(diào)整法來消除配對齒輪之間的傳動(dòng)間隙來滿足傳動(dòng)精度和靈敏度要求；在傳動(dòng)裝置的布局上采用減速齒輪箱來提高傳動(dòng)扭矩和傳動(dòng)精度；改用滾珠絲杠代替原滑動(dòng)絲杠，提高傳動(dòng)靈敏性 。

（4）自動(dòng)換刀裝置： 數(shù)控車床的刀架是車床的重要組成部分。刀架用于安裝刀具，普通車床一般有4個(gè)刀位，車床改造后的刀架的刀位數(shù)應(yīng)該與改造前的刀位數(shù)相同，所以本次設(shè)計(jì)選用立式轉(zhuǎn)位刀架，有4個(gè)刀位。

（5）拖板箱：改造后的車床采用數(shù)控系統(tǒng)控制。在原車床上拆除拖板箱，安裝新拖板箱，新拖板箱固定在滾珠絲杠的螺母上。拆除走刀箱、掛輪箱，在此兩個(gè)位置分別裝拖板軸向伺服元件功率步進(jìn)電機(jī)及減速箱和控制螺紋加工的主軸脈沖編碼器。改造后車床還應(yīng)該拆除原車床操縱桿，變向杠、立軸等杠桿零件。

2.2 控制系統(tǒng)硬件選型與設(shè)計(jì)

（1）交流接觸器的選擇：交流接觸器選用CJ20系列，選用CJ20—63型交流接觸器，用來控制主軸電動(dòng)機(jī)；選用CJ20—10型交流接觸器用來控制冷卻泵電動(dòng)機(jī)和快進(jìn)電動(dòng)機(jī)。

（2）中間繼電器的選擇：中間繼電器選用型號(hào)為JZ7-44。

（3）保護(hù)電器的選擇：主軸電動(dòng)機(jī)電路、冷卻泵電動(dòng)機(jī)電路、快進(jìn)電動(dòng)機(jī)電路與控制電路的熔斷器分別選用RL1-100/100、RL1-15/2、RL1-15/6、RL1-15/2。 主軸電動(dòng)機(jī)電路熱繼電器選用JR36-63，整定電流60A；冷卻泵電路熱繼電器選用JR36-20，整定電流為：0.36A。

（4）速度繼電器型號(hào)的選擇：本次設(shè)計(jì)選用型號(hào)為JY1型速度繼電器。

（5）PLC選用三菱PLC FX2N系列。

（6）觸摸屏使用日本三菱公司的觸摸屏，選擇的型號(hào)為：GT1155-QSBD-C。

2.3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

（1）觸摸屏人機(jī)界面設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)使用GT Designer3軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，本次設(shè)計(jì)5幅人機(jī)畫面 ，即，開機(jī)畫面，系統(tǒng)監(jiān)控選擇畫面，主軸電機(jī)監(jiān)控畫面，冷卻泵電機(jī)監(jiān)控畫面，快進(jìn)電機(jī)監(jiān)控畫面。

（2）觸摸屏供電電源開關(guān)電源選擇：選擇開關(guān)電源型號(hào)為：S-50-24 2.1A/24V。輸入電壓為交流220V，功率為：50W，輸出電壓24V，輸出電流2.1A。

（3）PLC與觸摸屏屏控制系統(tǒng)聯(lián)機(jī) 。

作者簡介： 高明（1978-），男，湖南汨羅人，本科，中學(xué)一級(jí)教師，在職碩士研究生，研究方向：電氣控制。endprint