基于变频与plc控制的车床主轴数控系统设计!.pdfVIP

基于变频与PLC控制的车床主轴数控系统设计 尹柏龙安徽电子信息职业技术学院 摘要：本研究所用数控为华中数控，设计了车床主轴模块的控制系统，研究内容有主轴控制方案的选定，可调 速变频系统的研究，PLc模块主要优化了控制逻辑，i／o模块设计了开关量。设计完成后，做了PLc调试工作，根据 调试数据可知车床在加工平稳性、可靠性以及响应速度方面要优于常规的车床。 、 关键词：车床数控系统PLc变频 数控设备是技术集成度很高的产品，其囊括了机械制造、 螺纹的加工对机床的控制要求比较高，通常需要在电机上 控制、系统集成、嵌入式、微机电等一系列先进技术在内。数 安装编码器，编码器是和主轴一起转动的，是主轴运动和位置 控设备的制造水平在一定程度上可以代表工业发展水平。华中 状态的反馈模块，可以感知电机的速度，位置和旋转方向。螺 数控是国内发展较好的数控系统方案提供商，这篇文章的研究 纹的7JNq-，以及丝杠的加工都要求当主轴旋转一转，刀位剐好 内容以C6140车床作为研究平台，华中数控作为控制系统，通走单个导程的距离。由车床实际状况可知，可加工的螺纹，最 过变频和PLC设计对车床主轴的控制模块进行了设计。 大导程不能超过24毫米，径向单脉冲进给量为0．01毫米，因 1主轴控制设计方案 此电机转一圈需要2400脉冲。编码器的输出有两个相位的信号， 国外以西门子、FUNUC为代表的数控系统因其高精度和 这两个相的相位差是丌／2，同时根据螺纹Ni-实际需求，电机 闭环设计，大多比较昂贵，而本文所研究的车床由于加工对象 每转一周，编码器要发出一零位的脉冲。根据上述分析，选用 的特点，不需要闭环设计，又因为成本的考量，选用了华中数 合适的编码器，编码器的I／O端和系统相应的I／O对接。 控系统。系统面板、板卡、系统I／O、继电模块、外部输入输 3主轴控制系统设计研究 出等机床模块都是自行安装完成并调试。根据设计要求，主轴 5．1变频调速控制 的控制使用了半闭环设计。设计内容主要是两方面，一是硬件 变频器使用的是三菱7．5千瓦变频器，变频器可以实现对 方面的设计，二是软件设计。设计后的系统可以控制主轴的启 变频电机的控制进而对主轴进行调速。在加工条件理想的情况 动关闭、运转速度、转向、过载控制、异常警报等等；同时车 下，可以实现莱范围间的光滑调速。系统自带的控制输出端可 刀安装头采用了可转位设计以便实现自动换刀。 以被我们利用，AUTO接口的模拟信号能够用作变频器的输入 2主要硬件系统的选用 信号，假若使用的是单一极性电平信号，则可以用开关的开闭 2．1变频模块、驱动电机以及卡盘的选用 来控制主轴的启动和关闭i以及正转和反转。根据电路设计， 处于车床自动控制的考虑，主轴的调速使用了变频方式， 主轴的信号电压大小在负10伏到正10伏之间，最大电流为10 系统则选用的半闭环设计。对C6140的实际加工工况进行分析 毫安，假若使用双极性电平信号，可用enable信号来控制主 计算，选则了合适的变频模块，电机方面，根据扭矩和功率要求， 轴的开启和关闭。编码器的电源输出是正5伏，如果采用TTL 采用的是三相电机，功率7．5千瓦，可实现调速；同时根据实 差分，波形采用方波，则能够使信号的自稳能力更好。编码器 际加工的扭矩和转速特点，选用的是无极调速，且可实现分档 允许的电流大小最大是200毫。 变频。主轴的旋转运动是电机控制的，数控系统负责主轴的变 5．2外部输入输出端口及PLc设计 速、转向变化、启停等控制。夹紧装置是三爪卡盘，PLC和系 基于变频与的PLC控制车床，其控制系统，往往建立在 统控制卡盘的动作，实际加工时拖死夹紧，加工完毕后松开工 机械一档启动、机械二档启动、主轴运行允许，卡盘夹紧启动、 件。常用的卡盘通常具有自定心功能，可在卡盘的控制端口设 卡盘松开启动、主轴速度到达一系列程序基础之上，尤其是对 计两个开闭开