PLC控制在轧辊车床进给传动中的应用

2011-09-26展海瑜

制造技术与机床 2011年8期

展海瑜

(天水星火机床有限责任公司技术中心，甘肃天水741024)

虽然数控型机床以其高效率、高精度、高度自动化的优势，已经在各种金属加工领域得到了长足的发展，但由于其造价成本偏高，不可能短时期得到大范围的使用。根据工业发展现状，普通型机床在我国的金切加工工业中仍占有主导地位。

传统的普通型机床大多数都采用纯机械传动结构，各种功能的操作也都是靠人工完成;对于小型机床，这样的传动结构和操作方式，还能实现;而对于一些大、重型机床设备，这种纯机械的传动结构和全人力的操作方式不但给机床的加工、装配带来相当大的难度，而且使机床的各种功能操作转换无法实现;于是，在机床的设计研发过程中，人们就提出了这样的一个问题，能不能设法给普通机床中引入电子元器件，利用简单的PLC(Programmable Logic Controller)控制来简化普通机床的机械传动结构和人工操作方式。

伺服电动机的引入是一个突破口。现阶段，伺服电动机已发展到了一个特别成熟稳定的时期;各种普通机床中已有采用PLC控制交流伺服电动机，利用伺服电动机转速扭矩特性，简化原机械传动结构，实现PLC的电钮操作代替原手工搬手把操作的先例。从而使得机床机械传动设计简单、生产加工装配难度下降、控制操作也省时省力。

下面以我公司产品C8480重型轧辊车床进给传动链中，设计利用交流伺服电动机为例，简述该技术在机床中的设计应用过程，及其所取得的成效。

1 C8480重型轧辊车床进给传动链的要求和特点

轧辊车床主要用于对冶金工业中轧机上的工作辊和支承辊的粗、精加工，及对成型面的修复加工［1］。轧辊车床与普通车床相比，最大特点是低转速、大扭矩、大切削量，不要求车削螺纹;即主传动系统与纵、横向进给之间无须严格配比的传动链。这就为伺服电动机的引入创造了必要的前提条件。

2 传统轧辊车床的纵向进给传动链

如图1所示，传统的小型轧辊车床进给传动的动力源是由机床的主轴经滑移齿轮1进行一级调速，传至光杠，经滑移齿轮2进行正、反向转换，再分别经过滑移齿轮3和滑移齿轮4形成两级背曲结构，传至蜗杆蜗轮副;加大进给链降速，进而实现进给的大传动扭矩输入;使得机床刀架的强力切削有了保证;如果刀架需快速进刀，可将滑移齿轮4置于空位，启动进给箱右方的快进电动机，即可实现刀架的快进。

该进给机构虽然曾一度成为经典，也能够成功完成机床的各种重切需求;但是从图1进给传动原理图和图2操作展开图中不难发现该机构存在的问题及局限性:

(1)传动机构、操作机构过于复杂，加上主轴箱中的一级变速，进给仅仅能实现16级有级调速，进给转速特别有限;

(2)操作手柄多且杂，不同转速的匹配操作较复杂;且完全依靠手动手柄操纵，费时费力，工作效率低下;

(3)进给的动力源从主轴经过光杠传入，当机床长度规格增大时，光杠加长、摆副加大，传动精度下降;

(4)当机床的直径规格加大时，进给传动规格做大做强后，此传动机构的操作难度随着加大，仅靠人力恐难完成;

(5)加工制作箱体的难度相对较大、装配过于复杂，生产周期较长。

3 PLC控制伺服电动机驱动的新型纵向进给传动链

如图3所示，由伺服电动机驱动的进给机构已相当简化，机构中引入了3件电磁离合器进行快速与工进的切换:当电磁离合器1和2吸合、电磁离合器3断开时，进给传动处于工进状态;当电磁离合器3吸合、电磁离合器1和2断开时，进给传动处于快移状态。由于伺服电动机自行可以进行无级调速及正、反向驱动，于是可以精简原光杠传动副和正、反向转换及各级变速齿轮副，使得箱体结构大大简化，机床进给传动精度再不受长度规格限制;同时生产装配难度也降低。

又根据伺服电动机特性曲线(图4)，在进行设计时，选配合理的电动机扭矩速度特性范围，可以实现在不降低原驱动扭矩的情况下，进给转速实行无级调速，极大地拓展了进给速度可调范围。

从电气控制角度来看，采用PLC控制单元对进给传动机构进行各种动作控制也很简单，线路也并不繁琐，加之现阶段，伺服电动机和各种PLC控制单元性能已发展的相当成熟稳定，使得该机构的电气控制性能有了可靠保证。其控制原理框图如图5所示，通过机床操作面板上的各种功能按钮，就能完成机床进给运动各种动作和不同速度的转换;使得一台普通机床的操作进入了一个半自动化状态。