【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，取消了皮帶、帶輪和齒輪等環(huán)節(jié)，大大減少了主傳動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，提高了主軸動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度和工作精度，徹底解決了主軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)皮帶和帶輪等傳動(dòng)的振動(dòng)和噪聲問題。采用電主軸結(jié)構(gòu)可使主軸轉(zhuǎn)速達(dá)到 10000r/min 以上。 車床的 PLC 控制設(shè)計(jì) –4– 直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)速度高，加減速特性好，有優(yōu)越的響應(yīng)特性和跟隨精度。用 直線電機(jī)作伺服驅(qū)動(dòng)，省去了滾珠絲杠這一中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，消除了傳動(dòng)間隙 (包括反向間隙 )，運(yùn)動(dòng)慣量小，系統(tǒng)剛性好，在高速下能精密定位，從而極大地提高了伺服精度。 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副，由于其具有各向間隙為零和非常小的滾動(dòng)摩擦，磨損小，發(fā)熱可忽略不計(jì)，有非常好的熱穩(wěn)定性，提高了全程的定位精度和重復(fù)定位精度。通過直線電機(jī)和直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的應(yīng)用，可使機(jī)床的快速移動(dòng)速度由目前的 10～ 20m/mim提高到 60～ 80m/min，甚至高達(dá) 120m/min。 2. 高可靠性 數(shù)控機(jī)床的可靠性是數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品質(zhì)量的一項(xiàng)關(guān)鍵性指標(biāo) 。數(shù)控機(jī)床能否發(fā)揮其高性能、高精度和高效率，并獲得良好的效益，關(guān)鍵取決于其可靠性的高低。 3. 數(shù)控車床設(shè)計(jì) CAD 化、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模塊化 。 隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的普及及軟件技術(shù)的發(fā)展， CAD 技術(shù)得到了廣泛發(fā)展。 CAD 不僅可以替代人工完成繁瑣的繪圖工作，更重要的是可以進(jìn)行設(shè)計(jì)方案選擇和大件整機(jī)的靜、動(dòng)態(tài)特性分析、計(jì)算、預(yù)測(cè)及優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以對(duì)整機(jī)各工作部件進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬仿真。在模塊化的基礎(chǔ)上在設(shè)計(jì)階段就可以看出產(chǎn)品的三維幾何模型和逼真的色彩。采用 CAD，還可以大大提高工作效率，提高設(shè)計(jì) 的一次成功率，從而縮短試制周 期，降低設(shè)計(jì)成本，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力 。 通過對(duì)機(jī)床部件進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，不 僅能減少重復(fù)性勞動(dòng)，而且可以快速響應(yīng)市場(chǎng)，縮短產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)周期 。 4. 功能復(fù)合化 功能復(fù)合化的目的是進(jìn)一步提高機(jī)床的生產(chǎn)效率，使用于非加工輔助時(shí)間減至最少。通過功能的復(fù)合化，可以擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍、提高效率，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用、一機(jī)多能，即一臺(tái)數(shù)控車床既可以實(shí)現(xiàn)車削功能，也可以實(shí)現(xiàn)銑削加工；或在以銑為主的機(jī)床上也可以實(shí)現(xiàn)磨削加工。寶雞機(jī)床廠已經(jīng)研制成功的 CX25Y 數(shù)控車銑復(fù)合中心，該機(jī)床同時(shí)具有 X、 Z 軸以及 C 軸和 Y 軸。通過 C 軸和 Y 軸，可以實(shí)現(xiàn) 平面銑削和偏孔、槽的加工。該機(jī)床還配置有強(qiáng)動(dòng)力刀架和副主軸。副主軸采用內(nèi)藏式電主軸結(jié)構(gòu)，通過數(shù)控系統(tǒng)可直接實(shí)現(xiàn)主、副主軸轉(zhuǎn)速同步。該機(jī)床工件一次裝夾即可完成全部加工，極大地提高了效率。 2 系統(tǒng)總設(shè)計(jì) 車床的 PLC 控制設(shè)計(jì) –5– PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本內(nèi)容 PLC 控制系統(tǒng)是由 PLC 與用戶輸入、輸入設(shè)備連接而成的，用以完成預(yù)期的控制目的與相應(yīng)的控制要求。因比 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容應(yīng)包括 : ⑴ 了解設(shè)備電器的工作原理。根據(jù)生產(chǎn)的工藝過程分析控制要求，如需要完成的動(dòng)作（動(dòng)作順序，必需的保護(hù)和聯(lián)鎖 等），操作方式（手動(dòng)，自動(dòng) ，點(diǎn)動(dòng)，連續(xù) 等）。根據(jù)控制要求確定系統(tǒng)控制方案 ，進(jìn)行系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 。 ⑵ 進(jìn)行 PLC 控制 系統(tǒng)配置 的 設(shè)計(jì)，主要為 PLC 的選擇 ， PLC 是 PLC 控制系統(tǒng)的核心部件，正確選擇 PLC 對(duì)于保證整個(gè)控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)起著重要的作用。選擇 PLC， 應(yīng)包括機(jī)型的選擇 、 I/O 模塊的選擇等。 ⑶ 選擇用戶輸入設(shè)備 （ 按鈕、操作開關(guān)、限位開關(guān)、行程開關(guān)等 ） 、輸出設(shè)備（ 繼電器、接觸器、信號(hào)燈等執(zhí)行元件 ） ，以及由輸出設(shè)備驅(qū)動(dòng)的控制對(duì)象 （ 電動(dòng)機(jī) 、電磁閥等 ） ，這些設(shè)備屬于一般的電器元件。 ⑷ 根據(jù)控制要求基本確定 I/O 點(diǎn)數(shù)和模擬量通道數(shù)，進(jìn)行 I/O 初步分配，繪制I/O 接線圖 ⑸ 程序設(shè)計(jì)主要包括繪制控制系統(tǒng)流程圖、設(shè)計(jì)梯形圖、語句表程序，控制程序是控制整個(gè)系統(tǒng)工作的核心條件，是保證系統(tǒng)工作正常，安全、可靠的關(guān)鍵。 ⑹ 聯(lián)機(jī)調(diào)試 。按照控制電路原理圖連接硬件，將編寫好的控制程序下載至 PLC，進(jìn)行軟硬件聯(lián)調(diào)， 如 果 不滿足 控制系統(tǒng)的 要求， 再 返回修改程序或檢查接線，直到滿足 控制系統(tǒng)的 要求為止。 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 ⑴ 最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求。設(shè)計(jì)前應(yīng)深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查研究，搜集資料，并 擬定電氣控制方案。 ⑵ 在滿足控制要求的前提下， 力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用及維護(hù)方便。 ⑶ 保證控制系統(tǒng)安全可靠。 ⑷ 考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在選擇 PLC 的容量時(shí)，應(yīng)適當(dāng)留有裕量 。 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 主要電氣的選擇 車床的 PLC 控制設(shè)計(jì) –6– 任何一種繼電器 系統(tǒng)都有三個(gè)部分組成，即輸入部分，邏輯部分和輸出部分。系統(tǒng)輸入部分由所有行程開關(guān)、方式選擇開關(guān)、控制按鈕等組成。邏輯部分是指由各種繼電器及其觸點(diǎn)組成的實(shí)現(xiàn)一定邏輯功能的控制線路，輸出部分包括各種負(fù)載的接觸器線圈。 在 本次 控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 中用 PLC 代替 了 繼電器控制系統(tǒng)中的邏輯線路部分 。在車床 的電氣 控制 系統(tǒng)，所有 觸頭 ，行程開關(guān)， 控制按鈕 （ SB1～ SB6） 等為系統(tǒng)的輸入信號(hào)；接觸器線圈（ KM1KM5），為系統(tǒng)的輸出信號(hào) 。 交流接觸器和中間繼電器的選擇 ⑴ 接觸器 接觸器是工業(yè)電氣中用按鈕或其他方式來控制其通斷的自動(dòng)開關(guān)。交流接觸器由電磁線圈，靜銜鐵，動(dòng)銜鐵，靜觸點(diǎn)，動(dòng)觸點(diǎn)、滅弧裝置和固定支架等部分組成。其原理是當(dāng)接觸器的電磁線圈通入交流電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場(chǎng)使裝在線圈中心的靜銜鐵吸動(dòng)動(dòng)銜鐵，當(dāng)兩組銜鐵合攏時(shí)，安裝在動(dòng)銜鐵上的動(dòng)觸點(diǎn)也隨之與靜觸點(diǎn)閉合，使電氣線路接通。當(dāng)斷開電磁線圈中的電流時(shí)，磁場(chǎng)消失，接觸器在彈簧的作用下恢復(fù)到斷開的狀態(tài)。 在工業(yè)電氣中，交流接觸器的型號(hào)很多，電流在 5A1000A 的不等，常用交流接觸器的型號(hào)有 CJ CJX CJ1 和 CJ10 等系 列。在這次控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)中，采用了 CJ10 系列的交流接觸器，其額定電流應(yīng)在控制電流的 ～ 倍之間 ,各接觸器型號(hào)見附錄 Ⅰ 。 ⑵ 中間繼電器 中間繼電器是最常用的 繼電器之一，它的結(jié)構(gòu)和接觸器的基本相同，只是電磁系統(tǒng)小些，觸點(diǎn)多一些。常用的繼電器型號(hào)有 JZ JZ14 等。 保護(hù)電器的選 擇 ⑴ 熔斷器 熔斷器在電路中主要起短路保護(hù)作用，用于保護(hù)線路。熔斷器的熔體串接于被保護(hù)的電路中，熔斷器以自身產(chǎn)生的熱量使熔體熔斷，從而自動(dòng)切斷電路， 實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)及過載保護(hù)。 ⑵ 熱繼電器 車床的 PLC 控制設(shè)計(jì) –7– 熱繼電器主要用于電氣設(shè)備 （ 電動(dòng)機(jī) ） 的過負(fù)荷保護(hù)。熱繼電器勢(shì)利用一種電流熱 效 應(yīng)原理工作的電器，它具有與電動(dòng)機(jī)容許過載特性相近的反時(shí)限動(dòng)作特性，主要與接觸器配合使用，用 于 對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)的過負(fù)荷和斷相保護(hù)。 三相異步電動(dòng)機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中，常會(huì)遇到因電氣或機(jī)械原因等引起的過電流 (過載和斷相 )現(xiàn)象，如果過電流不嚴(yán)重，持續(xù)時(shí)間短，繞組不超過允許溫升，這種過電流是允許；如果過電流情況嚴(yán)重，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，則會(huì)加快電動(dòng)機(jī)絕緣老化，甚至?xí)龤щ妱?dòng)機(jī)，因此，在 電動(dòng)機(jī)回路中應(yīng)設(shè)置電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置。 熱繼電器的選型原則：熱繼電器主要用于電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)，使用中應(yīng)考慮電動(dòng)機(jī)的工作環(huán)境、起動(dòng)情況、負(fù)載性質(zhì)，等因素。星形接法的電動(dòng)機(jī)可選用兩相或三相結(jié)構(gòu)的熱繼電器，三角形接法的電動(dòng)機(jī)應(yīng)選用帶斷相保護(hù)裝置三相結(jié)構(gòu)的熱繼電器。熱繼電器的動(dòng)作電流整定值一般為電動(dòng)機(jī)額定電流的 ～ 倍。 控制器的選擇 ⑴ 選擇開關(guān) 萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)是一種多 檔 式控制多回路的開關(guān)電器。一般用于各種配電裝置的遠(yuǎn)距離控制，也可作為電器測(cè)量?jī)x表的轉(zhuǎn)向開關(guān)或用作小容量 電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)、調(diào)速和換向的控制，用途廣泛，故稱萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)。常用的萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)有 LW LW6和 LA18 系列。 ⑵ 控制按鈕 控制按鈕在控制電路中常用作遠(yuǎn)距離手動(dòng)控制接觸器、繼電器等有電磁線圈的電路，也可用于電器連鎖等電路中。目前常用的按鈕有 LA LA1 LA1 LA20 等系列產(chǎn)品。 C650 臥式車床的主要結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)形式 C650臥式車床 屬于中型車床，床身的最大工件回轉(zhuǎn)半徑為 1020mm，最大工件長(zhǎng)度為 3000mm。主電動(dòng)機(jī)功率為 30kw，為提高工作效率， 該機(jī)床采用了反接制動(dòng)。為了減少制動(dòng)電流，制動(dòng)時(shí)在定子回路串入了限流電阻 R。拖動(dòng)溜板箱快速移動(dòng)的 電動(dòng)機(jī)是為了減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和節(jié)省輔助工作時(shí)間而專門設(shè)計(jì)的。 對(duì)車床的電氣控制要求是，車床加工工件時(shí)，首先由主軸上的夾頭夾緊工件，然后由主電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，待冷卻液噴流到加工位置后，再進(jìn)刀進(jìn)行切削加工。加工完畢，將刀具退回原位，關(guān)閉冷卻液，待主軸停轉(zhuǎn)后，取下工件，完成加工工藝。由此可見，車床的運(yùn)動(dòng)車床的 PLC 控制設(shè)計(jì) –8– 主要有兩種：主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。主運(yùn)動(dòng)由主電動(dòng)機(jī) M1 完成，為了保證啟動(dòng)平穩(wěn)，采用 Y/Δ降壓?jiǎn)?dòng)方式。 KM1 控制 主電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)， KM2 控制主電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)， KM3 控制主電動(dòng)機(jī) Y 啟動(dòng)運(yùn)行， KM4 控制主電動(dòng)機(jī)Δ啟動(dòng)