導軌磨床通過PLC和華中伺服進行改造升級

楊曉亮++龍博

摘 要：文章申述了龍門導軌磨床通過PLC和華中伺服進行改造升級的必要性，并詳細描述導軌磨床改造的解決方法、步驟和注意事項。

關鍵詞：導軌磨床；PLC200；技術改造

中圖分類號：TH16 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）27-0054-02

1 概述

寶雞機床集團有限公司主要生產各類數控車床及復合式加工中心，年生產銷售機床數量及產值穩居全國前三，但廠內自用導軌磨床大部分是上世紀70年代產品，生產效率低，電氣線路控制繁瑣，日常維修故障率高，加上使用年限較長，已經不能滿足當前機床生產技術標準和工藝要求。因此2016年公司在對一臺威海龍門導軌磨床進行電氣改造，此機床主要對平床身機床的導軌面及床身進行磨削加工。

2 導軌磨床簡介

此臺龍門導軌磨床由雙立柱、橫梁及床身組成封閉剛性框架結構，工作臺縱向運動由雙出桿油缸驅動，通過比例流量閥遠程無極調速；橫梁上有兩個橫向拖板，可沿橫梁作橫向運動，交流伺服電機經齒型帶減速驅動滾珠絲桿；垂直滑板可沿橫向滑板上的導軌作垂直運動，其采用交流伺服電機經行星齒輪減速驅動滾珠絲桿，改造后橫向托板和縱向托板均可通過PLC控制實現定距磨削、間歇進給、進給調速和電子手輪對刀及微量進給功能。左右磨頭采用變頻驅動，工作臺、磨頭垂直、橫向方向均可利用面板進行“定距”操作，提高生產效率。

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，根據工件的長度（縱向）設定工作臺往復運動的行程（縱向定距），然后再進行橫向定距，加工范圍設定好后，即可進行加工磨削。此臺導軌磨床是我公司一臺24小時運轉的加工床身的磨削專機，磨削量大，使用效率高，加工環境較差，粉塵多，濕度大，電氣問題較多，精度尺寸不保證等綜合情況，經過升級改造前對此機床信息進行綜合分析整理，決定本次此次改造采用西門子CPU226CN模塊和華中伺服HSV-180AD交流伺服驅動單元及電機，控制功能的核心采用西門子S7-226模塊，具有6路高速計數器（左橫向定距、右垂直定距、右橫向定距、左垂直定距，工作臺定距，電子手輪ab相脈沖計數）人機界面控制面板采用兼容西門子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啟動時間和操作響應時間，特別適合車間磨床的實際生產加工要求，并具有防沖擊和震動，防水耐臟的特點，從而解決加工環境差的問題，可降低了保養維修成本。原來控制電柜內接觸器和中間繼電器較多，控制線路繁瑣，維修率高，生產效率低下，反應時間較長，滿足不了當前工藝要求，因此本次改造重新裝配一面新控制電柜。柜內采用的華中數控的HSV-180AD伺服（輸入電壓為三相380V），伺服性能穩定，過負載能力強，對環境要求較低，可滿足此臺機床的安裝、加工要求。

4 改造升級步驟

（1）對此臺需改造導軌磨床的機床構造、說明書、圖紙和電氣元器件進行整理，根據磨床機械特點和各項精度要求，熟悉加工工藝，分析其控制的方式原理、完成的動作時序和條件關系，以及相關的保護和聯鎖控制。通過PLC模塊和梯形圖對現有的控制操作加以改進，縮短工步響應時間，提高加工精度、可操作性和安全性等。

（2）對新裝配的控制電柜內斷路器、接觸器、熱繼電器等元器件進行選型，并合理布局裝配，根據產品特性和公司庫存情況，降本增效，本次改造選用天水213產品、西門子 S7-226的PLC硬件和華中HSV-180AD數控系統伺服及電機。

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

（4）根據新的機床強電原理圖，結合機床工藝要求，動作時序和條件關系，以及相關的保護和聯鎖控制編寫PLC梯形圖，具體步驟如下：a.對機床控制電壓等級進行整理，將直流和交流控制電路嚴格分類，將各個元器件和控制回路電壓整理，繪制此臺磨床新的強電圖紙和弱電控制圖紙，對機床零部件進行維修、更換、保養。b.編輯PLC梯形圖，重點掌握PLC給華中驅動器輸出的指令信號。確定與機床電路圖中的中間繼電器、時間繼電器對應的梯形圖中的輔助繼電器和定時器的元件號，建立機床電路圖和梯形圖中的元件一一對應的關系。c.設計并調試S7-226的PLC硬件和華中伺服HSV-180AD交流伺服驅動單元及電機相關參數及接線方式。d.對PLC給伺服驅動器輸出的脈沖信號、方向信號、電源輸入輸出進行整理分析。e.整理PLC模塊的輸入信號和輸出負載，在保證滿足工藝要求的前提下，最大限度的使用原有機床的輸入/輸出設備，降低改造成本。對PLC模塊的輸入輸出點進行整理，PLC的輸出端中的繼電器來控制外圍接觸器和電磁閥等執行機構，PLC的輸入端中的繼電器來接受按鈕、控制開關、限位開關、接近開關等發來的控制命令和反饋信號，中間繼電器和時間繼電器通過PLC內部的輔助繼電器和定時器來完成。

（5）組織電工進行現場技術改造，敷設并安裝相關機床元器件及電源、控制電纜。

（6）根據整理出來的輸入信號和輸出負載要求，編制詳細的PLC程序并調試機床整體性能，滿足加工工藝要求。

5 改造注意事項

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

（2）圖紙設計時，考慮每個元器件的電壓等級及響應的先后順序，避免因電壓等級錯誤或時序錯誤導致機床零部件燒毀，事故的發生。

（3）梯形圖電路的優化設計，盡量使用常開觸點。

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

（5）驅動器和PLC的數據通訊電纜不超過3米。

（6）機床外圍設備和元器件盡量選用安全電壓，保證用電安全。

（7）華中伺服驅動器、PLC模塊的零線、地線單獨引接，不和電柜內零地排混接。

（8）根據導軌磨床的機械特性和加工工藝要求，調整伺服驅動器參數保護，過電流、電壓、反饋補償等參數可使磨床工作運行狀態調整到最佳。

6 結束語

此次威海導軌磨床改造升級，總的來說是成功的，雖然PLC內部程序進行優化，耗時較長，但最終交付車間使用。但改造后的機床提高了工作效率和機床班產量，也達到生產工藝新標準和機床精度標準，得到了機床操作工和使用部門的認可。

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