PLC控制在轧辊车床进给传动中的应用.pdf

F u n c fj0 n U n lls 功能都件 P L C控 制在 轧辊 车床进给传 动中的应用 展 海瑜 天水星火机床有限责任公 司技术 中心 ， 甘肃 天水 7 4 1 0 2 4 摘要 利用 P L C控制单元驱动伺服 电动机合理的无级调速范围， 代替原来纯机械 的有级变速 ， 进而达到在 不降低机械传动性能的情况下 ， 简化机械传动系统 ， 改进机床操作性能。成功应用在重型轧辊车床 上 。 关键词 P L C控制伺服驱动无级调速机床 中图分类号 T H1 3 2 文献标识码 B Ap p l i c a t i o n o f PL C i n f e e d i n g t r a n s mi s s i o n o f h e a v y r o l l l a t h e ZHAN Ha i y u T i a n s h u i S P A R K Ma c h i n e T o o l C o ． ， L t d ． ， T i a n s h u i 7 4 1 0 2 4 ， C H N Abs t r a c t Us i n g t h e r a t i o n a l s t e p l e s s s h i ft r a n g e o f s e l To mo t o r d r i v e n b y P LC c o n t r o l l i n g c e l l i n s t e a d o f t h e a b s o - l u t e l y me c h a n i c a l s t e p s h i ft，S O a s t o s i mp l i f y t h e me c h a n i c a l d r i v i n gs y s t e m a n d me n d t h e o pe r a t i o n a l pe r f o r ma nc e ， i n t he c a s e o f n o t de b a s i n g t he me c h a n i c al d r i v i n g c a p a bi l i t y o f t he ma c hi n e ． Ke ywo r ds P LC Co n t r o l l i n g ；S e r v o -mo t o r Dr i v i ng ；S t e pl e s s S h i ft； Ma c h i ne T o o l 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 P L C P r o g r a m ma b l e L o g i c C o n t r o l l e r 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 P L C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 P L C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 C 8 4 8 0重 型轧辊 车床进给传 LUI t等s；- 0 丹 】 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 C 8 4 8 0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⋯。 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 1 89 功镌部件 F u n g i0 n U n Ils 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 主轴箱 图l 传统小型轧辊车床进给传动原理图 变速手柄1 变速手柄2 图2 传统轧辊车床进给箱操作展开图 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 1 6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 主轴经过光杠传人 ， 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 P L C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 1 90 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 。 电磁离合器1 电磁离合器2 电磁离合器3 图3 伺服 电动机驱动进给传动链 叉根据伺服 电动机特 性曲线 图4 ， 在进行设主 计时， 选配合理的电动机蓦 l 垫 堕 塑 堕 堡 提 供 输入 } 动作信号{ [ P L C i ／ o 一 调速电位器 P L C 接收到机床操作 面板的输入信号， P L C经过逻辑处理 ， 继 电器发出动作 由电位器给驱动发 出踅 由电位器调整模拟电压 ，经过改 变 电压调整伺服电动机 图5运动控静 j 原理框图 4 P L C控 制进给传动 的优点 1 采用伺服电动机驱动， 简化机械传动链， 提高 了进给传动的稳定性及精度 ； 2 应用不受机床规格的限制 ， 特别适合 于各种 大 、 重型机床及专用机床推广使用 ； ZO“ 等 II 牛 幂 O 朋 一 论绝对光栅 尺 龚仲 华 常州机电职业技术学院， 江苏 常州 2 1 3 1 6 4 F u n c ti0 n U n its 功 能都件 摘要 说明了数控机床所使用的增量光栅尺、 绝对光栅尺、 带距离码参考标记增量光栅尺特点与区别 ； 指出 了带距离码参考标记增量光栅尺的本质与 F A N UC- 0 i 系统的参数设定方法。 关键词 数控机床光栅尺C N C参数 中图分类号 T H7 4 1 文献标识码 A Di s cu s s on t he a bs ol u t e l i n ear en c oder s GONG Zh o n g h u a C h a n g z h o u I n s t i t u t e o f Me c h a t r o n i c T e c h n o l o g y ， C h a n g z h o u 2 1 3 1 6 4 ， C H N Abs t r ac t T hi s a r t i c l e i l l u s t r a t e s f e a t u r e s o f i nc r e me n t a l l i n e a r e nc o d e r s，a b s o l u t e l i n e a r e n c o d e r s a nd i n c r e me n t a l l i n e a r e n c o d e r s wi t h d i s t a n c ec o d e d r e f e r e n c e ma r k u s e d o n CNC ma c hi ne t o o l s，a n d t he i r di f f e r e n c e s a r e e x p l a i n e d a s we l 1 ．Th e a r t i c l e a l s o po i n t s o u t t h e e s s e n c e o f t h e i nc r e me n t a l l i n e a r e n c o de r s wi t h d i s t a nc e -c o d e d r e f e r e n c e ma r k a n d pa r a me t e r s s e t t i n g me t h o d o n t he FANUC一0i ． Ke y wo r ds CNC Ma c hi ne To o l ；Li n e a r Enc o d e r s；CNC Pa r a me t e r s 光栅尺 L i n e a r E n c o d e r s 是全 闭环位置控制数控 机床最为常用 的检测器件之一 ， 通过光栅尺 的直接位 置检测 ， 不仅可以减小反向间隙、 滚珠丝杠制造误差对 机床精度的影响 ， 而且 能在一定程度上补偿丝杠 的热 变形 ， 提高机床精度 ； 使用绝对光栅尺 ， 还可省略增量 光栅尺所必需 的开机 回参考点 操作 ， 使 操作更便 捷。 数控机床 目前所使用 的光栅尺有增量光栅尺 、 绝对光 栅尺及带 “ 距离码 参考 标记 ” 增 量光栅 尺 3类 ， 其结 构、 特点 、 用途及使用方法各不相 同， 本文将对此进行 分析与说明。 1 增量光栅 尺与绝对 光栅尺 光栅尺是用于直线位移检测 的测量器件 ， 其光学 系统设计一般采用成像扫描与干涉扫描原理 ， 栅距为 2 0～ 4 0 m 的光栅尺通常采用成像扫描 ， 而栅距为 4 ～ 8 m的光栅尺需要采用干涉扫描。光栅尺的位置 检测信号分增量计数输 出与绝对值输 出两类 ， 前者需 要通过外部控制器 如 C N C 计算输 出脉冲的数量来 确定实际位置 ， 称增量光栅尺 I n c r e me n t a l L i n e a r E n - c o d e r s ； 后者 的输 出信号可直接反 映实 际位置 ， 称绝 对光栅尺 A b s o l u t e L i n e a r E n c o d e r s 。 增量光 栅尺 的输 出信号 为 两相 计数 脉 冲 A ／ B 相 与零脉冲 z相 ， 零脉冲用来确定位置计数的参 考点 ； A ／ B两相计数信号用来确定相对位移与鉴别转 向。增量光栅尺 的 3相信号并行传送 ， 光 电转换信号 经整形与放大后 的输 出为 1 1 Ix A p p的正余弦信号 ， 它 3 设计技术简单 、 装配制作容易 、 可操作性强 ； 4 生产制作 成本低 、 周 期短 、 应 用操作 难 度不 大 ， 对人员技术水平要求不高 ； 5 提升机床技术含量 ， 使得操作更加宜人化。 5 结 语 本文介绍 的新型进给传动机构 ， 在我公 司多种机 床上 已推广实际应用 ， 其操作控制性能稳定可靠 、 属于 新技术的引用和推广 。经 国内外数家用户使用 ， 一致 反映使用效果 良好 。经公司去年推荐 ， 国家专利局审 批 ， 已获得 国家实用新型专利 Z L 2 0 0 8 2 0 2 0 9 8 3 8 ． 1 。 等 ‘u l 平 弗 O 删 参考文献 [ 1 ] 机床设计手册 编写组． 机床设 计手册 第 三册 [ M] ． 北京 机械工 业 出版社 ， 1 9 8 6 ． [ 2 ] F AG O R A U T O MA T I O N伺服驱动 系统 通用手册 [ z] ． 北京发格 自动 化设备有 限公 司， 2 0 0 4 ． [ 3 ] 张建生 ， 赵燕伟 ， 郭建江 ， 等． 数控 系统应用 及开发 [ M] ． 北 京 科学 出版社 ， 2 0 0 6 ． 作者 展 海瑜 ， 1 9 7 4年生， 女， 工程师， 主要从事机 床 的机械 设 计 与应 用工作 。 编辑 孙德 茂 收修改 稿13 期 2 0 1 1 - 0 4 1 8 文章编号 t 1 0 8 5 4 i ≯毒 誊 如果您想发表 对本文的看法。 请将文章编号填入 读者意见调查表中的相 应 鳖