镗床自动控制系统改造

刘宇 聂瑛达

摘 要： 随着我国工业水平不断提高，制造装备水平也得到前所未有的发展，数字化智能化装备大量应用，而这些都离不开先进的制造业。由些可见，制造业设备的革新变得越来越重要，特别是机床设备的革新对制造业的发展起着制约作用，镗床是一种具有综合加工能力的精加工机床，目前我国机械加工企业中还有较多半自动机床，已经不能满足现在工艺要求，所以机床自动化改造有较好前景。

关键词：镗床；自动化；可编程控制器

1 前言

金属切削机床中镗床是综合加工性能较高的装备，也是精加工机床之一，在金属切削机床中也是比较常见的。

其中主運动为主轴的旋转运动和花盘的旋转运动；进给运动为主轴的进给运动、花盘刀具溜板的径向进给运动，镗头架（主轴箱）的垂直进给运动、工作台的横向进给与纵向进给；辅助运动为 工作台的回转，后立柱的水平移动以及尾架的垂直移动。由于镗床的工艺范围广，因此，调速范围大，运动形式多。其电气系统有如下的特点：

（1）为了加工各种工件需要较大的主轴转速范围.目前随着电子技术的发展，晶闸管控制的可变速度系统已得到了广泛的使用，而传统卧式镗床主要运动多采用交流电机驱动的滑动齿轮有级调节系统，一级，二级和三速鼠笼型感应电动机驱动，也有用双速或三速电动机。

（2）镗床进给和铣床有类似的地方，一台电机控制多个进给方向，而且各进给部分应能相互关联，这就需要镗床有很好的调速范围，多数镗床采用齿轮变速机构，也有少数镗床用多电机驱动。一般机床也都配有快速电机，单独控制机床快速移动。普通镗床位置控制一般用行程开关，主控采用继电器接触器控制，控制误差、反应时间、使用寿命都与晶体管PLC控制有很大差距。

2 自控系统的改造原则

在改造镗床自控控制系统时，应该注意以下几点，并遵循镗床工艺原则：

（1）机床改造时，要充分计算系统容量，为今后设备工艺扩展，系统升级留好基点；

（2）做好设备可靠性设计，保证操作者安全；

（3）目前用于替代传统工艺的多轴数控机床应用已经比较普遍，价格也在下降，改造机床目的是提高老旧设备利用率，因此改造机床以经济实用，系统简单，维修方便为宜。

（4）结合生产实际，不求“高大上”，充分听取生产一线人员意见，深入调查，尽可能满足工艺需求和方便操作，提高生产率。

3 自动控制系统改造的具体做法

具有数字控制装置的自动化镗床控制系统主要由触摸屏操作单元、可编程控制器、位置控制单元、伺服电机驱动单元、伺服电机、主轴调速、低压电器控制单元、控制柜、操作站点、电缆及辅助材料等组成。

改造后具备数控机床特点的镗床应有如下功能：能够编程另加加工程序，由数控系统完成自动加工插补计算处理，主轴可以实现变频调速，软启动，并能实现速度反馈。刀架能够完成自动伸缩，刀杆移动，会参考点等动作的控制。进给系统能实现多轴联动，伺服控制。辅助装置冷却系统、润滑系统、液压系统有可编程控制器控制完成。能实现人机对话，人机界面友好便于操作，显示器触屏提供控制所需所有界面和按钮。程序能够储存，有报警，检测，过载保护，软硬行程保护，位置反馈等功能。可保留手动操作。下面仅对改造系统中部分设备进行研究，具体配置如下（仅供参考）：

3.1 触摸屏操作单元

采用触摸屏操作单元作为操作工作站和人机接口，完成加工程序的编制、保存和下载，设备和状态的监控，故障、报警、帮助信息的显示等。利用其良好的人机操作界面可轻松控制刀架的加工坐标，控制其纵、径向距离，故完全能够代替高成本的CNC系统。我选用OmronNB7W-TW00B触摸屏，10英寸屏幕，65000真色LED，内置USB Type-A/B（Slave）接口，拥有RS232/485/Ethernet通讯口。兼容标准C语言的宏指令，大容量128M内存（包括系统）。支持多语言功能和画面监控。其抗干扰性能和防尘防潮都能满足一般企业加工车间要求，并且价格适中。

3.2 可编程控制器（PLC）

采用西门子S7-200可编程控制器作为现场控制装置，通过预存或编辑程序，完成镗床纵向的快速移动和工作移动及两者之间的切换控制，镗床纵向工作移动的速度控制，主轴电机的启动、镗刀杆径向移动的位置和速度控制、系统的连锁及互锁控制、执行触摸屏操作单元编制和调用的过程等。可编程控制器位置控制单元相当于执行模块，其位置控制模块完成与步进电机驱动器的电气接口，并完成单轴、开环移动控制所需要的功能和性能。3.3交流伺服电机交流伺服电机也是无刷电机，分为同步和异步电机，目前运动控制中一般都用同步电机，它的功率范围大，可以做到很大的功率。大惯量，最高转动速度低，且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用。可以选用台达ASDA-A2系列，它是针对当今工控市场对于运动控制的高性能标准要求设计的。容量范围 ： 0.1kW～7.5kW， 接受光学尺与编码器信号支持全闭回路控制，高灵活性的内部位置编程模式提供内部位置编辑功能，可规划运行路径。

4 结束语

随着我国工业水平不断提高，制造装备水平也得到前所未有的发展，数字化智能化装备大量应用，而这些都离不开先进的制造业。由些可见，制造业设备的革新变得越来越重要，特别是机床设备的革新对制造业的发展起着制约作用，镗床是一种具有综合加工能力的精加工机床，目前我国机械加工企业中还有较多半自动机床，已经不能满足现在工艺要求，所以机床自动化改造有较好前景。

参考文献：

[1]车延博.CK6130 T615K落地镗床的改造[J].组合机床与自动化加工技术，2005（11）.

[2]王文斌.PLC及位控单元在机床设计中的开发及研究[D]，哈尔滨工程大学，2006.

[3]李诚人.日本牧野数控机床改造[J].机械工人，2002（01）.

作者简介：刘宇，黑龙江七台河人，本科，讲师，研究方向：机械设计。