2M9120多用磨床改數控磨床研究

盛健 吳金光

摘 要：電氣自動化發展至今，已成為廣泛應用的技術。本文主要借鑒了電氣自動化的相關工作經驗，敘述了SINUMERIK 808D數控系統內生支持的PLC邏輯控制功能，利用PLC<->NC之間的通訊和控制信號互通，完成多用磨床全自動化改造。文中介紹了如何運用低成本來實現普通機床自動化控制，希望能夠對更好地掌握電氣自動化技術有所幫助。

關鍵詞：2M9120A多用磨床；西門子808D數控系統；PLC可編程序控制器；

1、2M9120A多用磨床的性能簡介：

咸陽生產的普通2M9120A多功能磨床兼有萬能外圓磨床和萬能工具磨床的功能，不僅能優質的磨削內、外圓柱形、圓錐形的工件以及平面、垂直面、斜面和溝槽，而且可方便地刃磨一般刀具，如各種銑刀、絞刀、插齒刀、車刀、刨刀等，若配用咸陽本廠的特殊附件還能刃磨直槽齒輪滾刀、鉆頭等。適用于工具車間、維修車間、科研單位和中小型機械廠。

2、SINUMERIK 808D系統簡介：

SINUMERIK 808D數控系統，也稱siemens 808D 數控系統，能在惡劣應用環境下使用。同時， 還可通過精優曲面等眾多預置功能和友好強大的系統輕松便捷地進行操作。強大的數控功能能夠確保在很短的加工時間內實現極佳的工件加工精度和表面加工質量。

2.1、數控系統的供電

SINUMERIK 808D使用直流24V電源，通過接口X1與直流24V電源連接。系統所使用的電源建議與PLC輸入輸出的24V電源獨立。直流電源的容量和質量是系統穩定運行的關鍵。

2.2、 伺服控制系統電氣控制線路設計

機床的主軸進給軸標定為X軸和頭架位移軸標定為Z軸，半閉環伺服控制系統完成進給軸速度和位移的控制，直接決定所加工零件的精度和質量。SINAMICS V60伺服驅動器與808D數控系統配套使用，SINUMERIK 808D數控系統通過脈沖驅動接口X51、X53接口輸入輸出進給軸控制信號，本文以X軸接口X51為例簡述與伺服驅動器的連接。V60的X5接口接收來自于808D的軸控制信號，包括脈沖（PULS）、方向（DIR）和使能（ENA）信號。V60的X6接口，其中RST引腳接收來自于數控系統的報警清除信號，ALM引腳輸出驅動報警信號至數控系統，RDY引腳輸出“驅動就緒”信號至數控系統，Z-M引腳輸出零脈沖信號至數控系統，數控系統需要利用此信號完成回零操作。另外，+24V引腳接收來自于數控系統的直流電源，M24引腳同理，注意：由于V60的+24V電源來自于數控系統的脈沖驅動接口，此接口由數控系統的數字量輸出接口X200供電，所以即使X200的數字輸出量用戶不使用，但X200接口的+24V、M信號也必須連接。

2.3、機床進給軸X軸和頭架位移軸Z軸機械部分及導軌改造設計

將原機床進給軸X軸和頭架位移軸Z軸所有機械傳動部件及液壓系統（包括砂輪電動機）拆除，機床導軌經過貼塑處理以增加導軌使用壽命和滑動系數。選用符合工藝要求的滾珠絲桿副，并設計軸承座等配件，經過機械加工改造成由滾珠絲桿副進行直接同伺服電機鏈接，提高往復定位精度和磨削加工精度，保障加工尺寸穩定。滾珠絲桿副潤滑選用脈沖式潤滑系統，砂輪軸電機選用能經受端面進給力度的電主軸，選用大廠生產與工藝相匹配的頭架、電機，其頭架電機和砂輪電機均選用變頻器進行控制，便于根據工藝要求進行快速調整。

3、PLC與NC的關系

數控系統有兩大部分，一是NC、二是PLC，這兩者在數控機床所起的作用范圍是不相同的。可以這樣來劃分NC和PLC的作用范圍：

①實現刀具相對于工件各坐標軸幾何運動規律的數字控制。這個任務是由NC來完成；

②機床輔助設備的控制是由PLC來完成。它是在數控機床運行過程中，根據CNC內部標志以及機床的各控制開關、檢測元件、運行部件的狀態，按照程序設定的控制邏輯對諸如刀庫運動、換刀機構、冷卻液等的運行進行控制。

在數控機床中這兩種控制任務，是密不可分的，它們按照上面的原則進行了分工，同時也按照一定的方式進行連接。NC和PLC的接口方式遵循國際標準“ISSO 4336—1981（E）機床數字控制——數控裝置和數控機床電氣設備之間的接口規范”的規定，接口分為四種類型：

①與驅動命令有關的連接電路；

②數控裝置與測量系統和測量傳感器間的連接電路；

③電源及保護電路；

④通斷信號及代碼信號連接電路；

從接口分類的標準來看，第一類、第二類連接電路傳送的是數控裝置與伺服單元、伺服電機、位置檢測以及數據檢測裝置之間控制信息。第三類是由數控機床強電電路中的電源控制電路構成。通常由電源變壓器、控制變壓器、各種斷路器、保護開關、繼電器、接觸器等等構成。為其他電機、電磁閥、電磁鐵等執行元件供電。這些相對于數控系統來講，屬于強電回路。這些強電回路是不能夠和控制系統的弱電回路直接相連接的，只能夠通過中間繼電器等電子元器件轉換成直流低壓下工作的開關信號，才能夠成為PLC或繼電器邏輯控制電路的可接受的電信號。反之，PLC或繼電器邏輯控制來的控制信號，也必須經過中間繼電器或轉換電路變成能連接到強電線路的信號，再由強電回路驅動執行元件工作。第四類信號是數控裝置向外部傳送的輸入輸出控制信號。

4、PLC在數控機床改造中應用設計

4.1 操作面板的控制

操作面板分為系統操作面板和機床操作面板。系統操作面板的控制信號先是進入NC，然后由NC送到PLC，控制數控機床的運行。機床操作面板控制信號，直接進入PLC，控制機床的運行。

4.2 PLC輸入信號和輸出信號控制

將機床完成檢測的開關信號輸入到送入PLC，進行邏輯運算。這些開關信號，包括很多檢測元件信號（如：行程開關、接近開關、模式選擇開關等等）。PLC輸出信號經外圍控制電路中的繼電器、接觸器、電磁閥等輸出給控制對象。為了實現機床全自動化上下料裝置，設計時，需要用邏輯思維方式完成自動化裝置的輸入輸出點位，根據點位畫出關系圖。

在SINUMERIK 808D系統中，所有編輯完成的PLC程序都在子程序12 Product_Load里面，邏輯部分按照機床條件順序控制要求制定，為實現2M9120A多用磨床自動裝卸產品以及自動循環加工。

5、結論

由此可見，用SINUMERIK 808D系統對多用磨床改造后，實現了一鍵啟動、一人多機、循環自動加工加工方式，操作員工只需要按照工藝加工要求，填寫加工數據、搬運產品，同時，系統簡化了電氣控制系統的設計，為今后的維護維修也帶來了方便，體現出改造機床功能的強大、簡單、快捷、靈活、直觀、高效率、低成本，可以進行全面推廣。

參考文獻：

[1] 創贏 基于西門子SINUMERIK 808D數控系統的經濟型數控車床電氣控制 機床工具 2014年

[2] 周荃.淺談PLC在數控機床控制系統中的應用.