LGB150螺杆泵泵体专用镗床控制系统的设计研究

王颖　郑泓睿

摘 要：通过开发LGB150螺杆泵专用镗床的控制系统，使镗床中的动力头、多轴箱、镗模、数控滑台、润滑系统等部件能够稳定运行，同时基于PLC设计了LGB-150螺杆真空泵泵体专用镗床控制系统的流程，实现专用镗床启动运行、自适应变速、自动加工等过程的控制，增强了机床电气控制系统工作的可靠性和可操作性。

关键词：螺杆泵 专用镗床 控制系统 PLC

Design and Research of the LGB150 Screw Pump Special Boring Machine Control System

Wang Ying Zheng Hongrui

Abstract：Through the development of the control system for the special boring machine of LGB150 screw pump， the power head， multi-axis box， boring mold， CNC slide table， lubrication system and other components in the boring machine can be operated stably. At the same time， the LGB-150 screw vacuum pump is designed based on PLC. The process of the special boring machine control system realizes the control of the special boring machine start-up operation， adaptive variable speed， automatic processing and other processes， and enhances the reliability and operability of the machine tool electrical control system.

Key words：screw pump， special boring machine， control system， PLC

目前，國内厂商生产的真空泵体普遍采用坐标镗床的生产方式，具有加工质量不稳定，生产效率较低等问题[1]，因此针对批量生产泵体的专用镗床需求迫在眉睫。控制系统作为专用镗床运行的“大脑”，用来控制专用镗床的启动运行、变速、自动加工等过程，因此，设计一个专用镗床的控制系统至关重要。

1 传统泵体加工误差分析

传统泵体加工时，主要由主轴回转误差、导轨误差和传动误差组成[2]。其中主轴回转误差即各瞬间主轴的实际回转轴线与平均回转轴线相对比产生的的变动量。它由摆动的角度、跳动的径向圆以及轴向窜动三种基本形式组成。导轨误差不仅仅包括导轨自身的制造误差，也包括导轨的安装质量和不均匀磨损所产生的误差。传动误差包括夹具引起的误差和刀具引起的误差[3]。

因此为了减少传统泵体加工所产生的一系列误差，需要设计一个泵体加工的专用镗床。

2 LGB150螺杆泵专用镗床加工流程

LGB150螺杆泵专用镗床控制系统的实现主要有几个部分组成：一是镗床控制系统的总方案拟定，包括专用镗床控制总体方案设计、可行性分析;二是PLC控制电路的设计，包括控制系统所有子电路的设计;三是PLC程序算法设计，包括系统启动运行、自适应变速、自动加工等过程的算法设计;四是专用镗床的安装调试，包括专用镗床的运行与性能评定、控制系统的运行情况检测与评价[4]。

对于原始的单轴加工时，如图2所示，首先人工放入待加工的零件毛坯，若位置放置准确，则开启设备开关准备加工，在设备正常运转的情况下，零件毛坯滑台会右移到指定坐标位置，然后动力头滑台前移到指定坐标位置，对于LGB150螺杆泵，动力头先加工右孔，加工完成后再加工左孔，双孔加工完毕后，零件毛坯滑台左移到起始位置，最后关闭设备，取出泵体。

LGB150专用镗床的加工流程如图3所示，首先人工放入待加工的零件毛坯，然后开启专用镗床设备开关，准备加工，若设备可正常运转，则将零件毛坯滑台右移到指定坐标位置，多轴箱滑台前移到指定坐标位置，然后动力头旋转开始加工双孔，双孔加工完成后，零件毛坯滑台左移到起始位置，最后关闭设备，取出泵体。

3 PLC控制系统方案设计

本文设计的LGB-150真空泵泵体专用镗床控制系统包括可编程逻辑控制器、D/A转换模块、A/D转换模块、伺服驱动机、伺服电机、刀具、工件、多轴箱电机、电流互感器、电流变送器、液压压力传感器、冷却液压力传感器。采用多轴箱的方式，实现双孔同时加工，节省加工的一半时间，提高了镗床的工作效率;通过可编程逻辑控制器的运用，减少了硬件电子器件的数量，提高了系统运行的稳定性[5]。

1、可编程逻辑控制器：集成了A/D转换模块、D/A转换模块、CAN通讯模块，实现数模转换、模数转换以及与触摸屏的通信[6];

2、多轴箱电机：多轴箱中动力头由传统的单头变双头，实现双孔一次性加工，同时减少零件毛坯控制台的二次滑动;

3、电流变送器以及电流互感器：实现多轴箱电机电流的转换，实现向可编程逻辑控制器信号的传递，使可编程逻辑控制器对主轴输出功率进行监控，保持主轴电机输出功率的恒定[7];

4、伺服驱动机、伺服电机：通过可编程逻辑控制器的控制实现刀具的给进;

5、液压压力传感器：用于对授油器液压装置进行压力测量[8]。

4 结论

LGB150螺杆泵泵体专用镗床控制系统的设计与开发实现了针对LGB-150螺杆真空泵泵体专用镗床的控制，提高了泵体加工专用镗床的运行效率，改进了系统运行稳定性。从经济效益来看，泵与电机产业是我国传统制造产业，产品远销欧美、亚洲、非洲等国家和地区。但真空泵企业普遍采用传统的坐标镗床加工生产方式，专业镗床的需求很紧迫，因此专业镗床的应用具有很大的拓展空间，专业镗床的核心——控制系统也将被广泛应用。

从社会效益来看，LGB-150螺杆真空泵泵体专用镗床的控制系统方案，一是能够满足企业的生产要求，实现机床系统的高效运行，提高生产的自动化程度;二是通过研究这一系统的设计方法，能够为相关设计人员在以后实际应用中提供有效的参考建议和可行性依据。

参考文献：

[1]徐海波. 坐标镗床在模具加工中的应用[J].产业与科技论坛，2011，14：57-58.

[2]郭晓亮. 汽车发动机缸体加工变形分析及精度控制探析析出文献题名[J].中小企业管理与科技，2015，09：234.

[3]张越;张临涛;谈伟. 精密减速器传动误差测量精度分析[J].机械传动，2020，06：121-125.

[4]汝晓艳. 基于PLC的镗床电气系统升级改造设计[J].山东工业技术，2019，11：145.

[5]何凯. 基于三菱PLC的自动镗床的设计[J].轻工科技，2017，09：31-34.

[6]陈智勇. PLC技术在数控机床控制系统的应用探究[J].电子制作，2020，09：63-64.

[7]温毅. 一种基于PLC的机械手控制系统设计[J].科技视界，2020，15：100-102.

[8]马晓鑫. 液体环境中FBAR压力传感器的仿真与分析[J].仪表技术与传感器，2018，10：6-8+38.