为机床工具企业提供深度市场分析                     

用户名:   密码:         免费注册  |   申请VIP  |  

English  |   German  |   Japanese  |   添加收藏  |  
机床电器

车床 铣床 钻床 数控系统 加工中心 锻压机床 刨插拉床 螺纹加工机床 齿轮加工机床
磨床 镗床 刀具 功能部件 配件附件 检验测量 机床电器 特种加工 机器人

机床电器

电工电力 工程机械 航空航天 汽车 模具
仪器仪表 通用机械 轨道交通 船舶

搜索
热门关键字:

数控机床

 | 数控车床 | 数控系统 | 滚齿机 | 数控铣床 | 铣刀 | 主轴 | 立式加工中心 | 机器人
您现在的位置:机床电器网> 加工与维修>基于 PLC 的数控机床刀架控制系统改造
基于 PLC 的数控机床刀架控制系统改造
2021-1-21  来源: 长江工程职业技术学院   作者:康永泽
  
  
     摘要:本文拟就 FANUC 0i-F 数控实训台中四方位回转刀架,通过外部三菱 PLC 的控制,介绍刀架的工作原理,同时也可提高工程技术人员排除或维护刀架水平,降低故障排除时间。

     关键词:PLC;电动刀架;主轴
    
     1 、问题的提出
  
     数控车床上使用的回转刀架是一种较为简单的自动换刀装置,也是数控车床重要的组成部分,其应用了自动控制、传感检测等方面的最新技术,是典型的机电一体化产品。合理选配电动刀架,并正确地实施控制,能够缩短故障排除时间,有效地提高生产效率。
  
    根据不同加工对象,自动回转刀架有四方刀架和六角刀架等多种形式。回转刀架上分别安装着四把、六把或更多的刀具,并按数控装置的指令换刀。回转刀架在结构上具有良好的强度和刚性,以承受粗加工时的切削抗力。目前刀架的控制,都是由 CNC 内置 PLC 或固化 IO 控制完成,工程技术人员理解刀架的控制比较困难,本文拟就FANUC 0i-TF 数控实训台中四方位回转刀架,通过外部三菱 PLC 的控制,介绍刀架的工作原理,同时也可提高工程技术人员排除或维护刀架水平,降低故障排除时间。数控车床回转刀架动作的要求是:刀架抬起、刀架转位、刀架定位和夹紧刀架。为完成上述动作要求,要有相应的机构来实现。
  
     2 、刀架的控制
  
     2.1 自动刀架工作原理
    
     ①刀架电动机正转,刀架抬起。正转时,电动机回转运动通过蜗杆蜗轮机构,转化为直线运动,刀架体向上移动。即刀架电动机正转时,通过蜗杆和蜗轮机构将驱动传给丝杠,丝杠轴头固定装有刀架转位定位销盘,刀架体内孔加工有内螺纹,随着丝杠转动,刀架体内弹簧定位销入位,刀架体向上移动,刀架向上抬起。当刀架体升至一定距离后,刀架体上的端面齿和刀架底座上的端面齿脱开。当啮合齿脱开后,通过销钉和止推槽的作用,使得丝杠螺母转动进行换刀。随着刀架的转动,刀架体内刀位定位销退出。②刀架电动机正转寻位。刀架正转进行寻位换刀,PLC 采集霍尔传感器信号,与选定刀号比对,若传感器信号与刀号相等,则刀架停止寻位,即正转停止。③电动机反转,刀架锁紧。到达指定刀位时,刀架电动机停止正转,反向锁紧,完成整个换刀的过程。
  
     2.2 四方电动刀架的控制
  
     四方电动刀架电动机在电气控制设计时要正、反转互锁,电器元件连接时勿接错导线,还要注意电动机三相电源线的相序,实际中可采用相序继电器进行判断。刀架电动机在换刀时必须先正转后反转,这是由四方电动刀架机械结构所决定的,否则会机械卡死,造成电动机过载,损坏电动机。在 PLC 程序设计中,若到位检测信号出现问题,或霍尔元件损坏、刀位信号线断等,则换刀可能不能结束,若正转或锁紧时间过长,PLC 应有相应出错处理程序,提醒操作人员进行检修。电动刀架控制原理图见图 1,接线图见图 2。
 
  
  
图 1 电动刀架 PLC 控制原理图
  
   
   
图 2 电动刀架 PLC 控制接线图

     3、 主轴的控制
  
     在实训台改造过程中,我们充分利用现有设备,综合考虑学生实际,采用变频器实现对主轴的调速控制。变频器连接示意图见图 3。


 图3 变频器与电动机连接示意图

     主轴电动机采用西门子 MM420 变频器进行调速控制,MM420 系列有着高性能的 V/f 控制性能,可提供低速高转矩输出和良好的动态特性,同时具有很强的过载能力,以满足多种应用场合。使用变频器前,须先熟悉变频器的操作面板,再根据实际应用场景,对变频器的各种功能参数进行设置。电机正反转的控制方式可以有二种,一种是面板控制,一种是开关量端子控制,两种控制方式不同,参数设置也不同。参数设置时应先恢复出厂值,再设电机参数。面板控制法主要参数设置:设 p1000 设为 2,开关量端子不接线,由变频器面板控制电机的正反转。
  
     开关量端子控制主要参数设置:变频器 5、6、7、8 为开关量端子。设 p1000 设为 2,开关量端子 5 接正转控制信号、端子 6 接反转信号时,再设 p0701 为 1,端子 5 上高电平电机正转,低电平停机。设 p0702 为 2,端子 6 上高电平电机反转,低电平停机。后期根据学生的掌握情况,利用PLC 拓展为多段速控制。变频器 MM420 主要参数设置如表 1 所示。

表 1 变频器 MM420 主要参数设置表
 
  
  
     注意事项:①接线后一定要参考手册,认真复查,以防接线错误而烧坏变频器,尤其是主电源线路;②在接线时,拧紧变频器内部力不要过大,以防损坏端子;③送电和停电过程中一定要注意安全,特别是停电过程中,一定要让变频器充分放电,LED 全部熄灭才能打开盖板,等待 5min 以上;④在输入变频器参数时,一定要确认,以免发生错误;⑤由于变频器可以切换电机正反转,所以必须注意使用的安全。在正/反转切换时,根据电机功率和工作环境调整加减速时间。更改 P1040 和 P1058、P1059 的值,可改变电动机正常运行速度和正、反向点动运行速度。另外,为了检测主轴电动机的转速,可采用编码器,其接线为图 4 所示。

  
   
图4 旋转编码器与PLC的接线图
  
    PLC 通过高速计数器采集来自旋转编码器的信号,由程序计算主轴电动机的转速,从而实现对主轴电动机转速的精确控制。
  
    4、 PLC 控制程序
    
    ①刀架正反转控制梯形图如图 5。②当前刀号判定如图 6。③手动选刀控制如图 7。④主轴速度检测。主轴速度检测采用 ZSW610-01C-1200BZ/05L 型旋转编码器。利用PLC 的 X0、X1 端子,采集旋转编码器 A、B 两相高速脉冲数,通过浮点计算,可以较为精确地计算出 FANUC 0I-TF 数控车床装调系统主轴速度。⑤触摸屏控制。本系统改造装置,选用昆仑通泰 MCGSTPC1061Ti 触摸屏,方便学生操作,更加紧密联系实践应用,其画面示意图见图 8。
  
  
  
图 5 刀架正反转控制梯形图
 
  

图 6 刀号判定梯形图

 
   
图 7 手动选刀梯形图
  
  
   
图 8 触摸屏画面示意图
  
    5 、结束语
    
    通过对实训装置的改造,将其内置 PLC 控制系统剥离,学生在实训中能灵活控制刀架的运动,改造后的装置,功能多样化,可以有效锻炼学生电气选型接线、PLC 编程思维等综合能力,对于机电一体化及相关专业的学生,通过训练,技术技能得到显著提升。

    投稿箱:
        如果您有机床行业、企业相关新闻稿件发表,或进行资讯合作,欢迎联系本网编辑部, 邮箱:skjcsc@vip.sina.com