在高职数控技术专业的课程体系中, 《机床电气控制与PLC》是一门重要的骨干课程。该课程的理论性和实践性较强, 要求学生掌握数控系统的电气控制原理、接口技术、PLC、系统参数调试、机电联调等多方面知识, 这无疑给教学提出了很高的要求。传统的教学方式以教师讲授为主, 学生动手为辅, 造成学生对于专业理论知识的理解存在一定困难, 普遍反映学习内容比较抽象, 理论与实践未能紧密结合, 然而因数控机床价格昂贵, 一次性投资较大。因此对我校原有老式机床进行适当改造, 用于实践教学就显得非常必要。
通过对原CDL6136普通车床结构特点进行分析, 根据改造后车床主要用于数控相关专业的日常教学工作和用于简单轴类、盘类以及螺纹零件加工的要求, 设计出一套较低成本高性能的电气改造方案就显得非常必要, 其设计方案如下:
(1) 电器系统改造将原普通车床电器拆除, 重新配置数控系统、交流伺服系统、伺服变压器、伺服电机以及电缆和外围控制电路等;
(2) 进给系统改造拆除原CDL6136车床的横向和纵向光杠、丝杠、溜板箱及挂轮箱中的齿轮, 用SFI05010-4型滚珠丝杠替换原有普通丝杠。横向伺服电机与丝杠采用弹性联轴器联接, 纵向驱动电机与丝杠采用同步齿形带联接;
(3) 主轴系统改造主轴采用型号为ZM7-Y132S-2-5.5普通三相异步电机驱动, 简化原主轴箱内部结构, 采用两级减速;为了使改造后的车床能够加工螺纹, 需要加装传动比为1:1主轴脉冲编码器, 以实现对主轴转速的同步检测;
(4) 刀架的改造拆除原机床手动刀架, 在小拖板上安装新墅达公司生产的LD4-6132型电动刀架, 实现自动换刀目的。
(5) 数控系统选型设计根据日常教学、加工精度的要求, 选择半闭环控制方式, 数控系统采用华中HNC-21TC系统、HSV-11D030型伺服放大器、130STZ7.5-1-LM (7.5NM) 型伺服电机, HSV-11P075型伺服电源模块。HSV-11P075型伺服电源模块。
根据设计方案和用户要求, 设计主电路图如图1所示。主轴电机采用5.5KW的三相异步交流电机, 刀架采用新墅达公司生产的LD4-6132型电动刀架, 伺服变压器采用华中数控生产的3P AC380/200 7KW。主轴正反转由KM2、KM3两个交流接触器控制, 断路器QF2作过载和短路保护。刀架自动换刀由接触器KM4、KM5实现。
急停控制的目的是在紧急情况下, 使机床上所有运动部件制动, 并在最短时间内停止, 根据用户和设计改造方案, 设计急停与超程解除回路如图2所示。其原理为:系统中, 各轴的正向、负向的超程限位开关的常闭触点 (SQX-1、SQX-3、SQZ-1、SQZ-3) 串联连接到系统的超程回路中。并且每个超程限位开关另有一对常开触点连接到PLC输入端, 使系统能够判断各限位开关所处的状态, 且应保证操作者解除超程时, 若按错解除超程的方向, 其进给轴不得移动。只有操作者按解除超程的正确方向时, 进给轴才会移动。否则, 可能会出现滚珠丝杠严重损坏的故障) 。在无超程的情况下, 超程限位开关处于断开状态。若用户操作机床, 误将某轴的超程限位开关压下, 其常闭触点断开, 系统的超程回路失电, 急停回路中的中间继电器KA2、KA1断电, 控制回路图3中的伺服强电、主轴正反转、刀架电机正反转、冷却电机继电器失电, 从而切断机床动力电源, 达到急停目的。超程限位开关连接在PLC输入端的常开触点向数控系统发出超程报警信息 (发生超程的坐标轴及超程方向) 并驱动故障指示灯发光。
工位刀架控制系统:
PLC程序主要实现M、S、T功能的译码及功能处理;实现操作面板上的按扭、指示灯、波段开关等信号处理;轴运动处理;报警信号的处理等。下面就本次改造中的4工位刀架控制系统PLC程序设计原理进行详细介绍:当CNC系统没发出选刀信号时, 发讯盘内当前刀位的霍尔元件信号处于低电平状态。当系统要求刀架转到某一刀位时, 首先判断T码编程是否出错, 有错换刀结束并报警, 无错再判断目标与实际刀号是否一致, 一致跳出换刀程序, 换刀结束, 否则系统输出正转信号, 使接触器得电吸合, 刀架正转。当刀架转至所需刀位时, 该刀位霍尔元件在磁场作用下, 使该刀号产生低电平信号, 此时刀架正转信号断开, 系统输出反转信号, 使反转接触器得电吸合, 刀架反转, 反转到位后, 刀架电机停止, 锁紧刀架, 换刀过程完成。根据上述刀架控制要求, 设计出PLC程序流程见图4所示。
CDL6136普通机床通过机械、电气改造后, 不仅机械精度得到提高, 还大大扩展了原车床的使用功能, 满足日常教学须求, 其定位精度、重复定位精度满足简单零件加工要求, 从而使老设备重获新生, 创造了较好的经济效益。
摘要：本文以普通车床CDL6136为例, 结合我校实际教学情况及满足简单零件的加工要求, 提出了采用HNC-21数控系统对CDL6136车床的数控化改造方案, 阐述了机床主电路、急停控制回路、4工位刀架控制系统等电气系统改造设计.改造后的车床在零件加工精度、加工效率、实践教学方面等方面都有明显的改善。
关键词：电气原理图,PLC梯形图设计,车床
[1] 夏燕兰.数控机床电气控制.北京:机械工业出版社.2012
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