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卧式车床电气与PLC控制
发布时间：2020/4/28
　　　　　　　　　　　　　卧式车床电气与PLC控制
　　卧式数控车床的用途十分广泛：可车外圆、车端面、切槽和切断、钻中心孔、钻孔、镗孔、铰孔、车各种螺纹、车内外圆锥面、车特殊面等。这种机床通用性强，适用于加工各种轴类、套筒类、轮盘类零件上的回转表面。卧式数控车床的种类和型号很多，不同机床厂的型号叫法也有所不同，多数是根据可加工工件的最大回转直径来确定型号。本节以CA6140型卧式车床(该车床使用的CNC为广州数控设备有限公司的GSK 980TDb，使用的伺服驱动器为DA98B，使用的伺服电动机为130SJT—M060D和130SJT—M100D)为例来介绍和分析卧式车床电气与PLC控制。
　　1、卧式车床主要结构
　　CA6140型车床的外形如图9-1所示。组成机床的部件有床身、主轴变速箱、进给箱、溜板箱、挂轮变速机构、刀架、尾架、丝杠、光杠、右床腿、左床腿等。
　　CA6140型车床的主轴中心线在床身导轨面上的高度(中心高)约为200IIlm，所以，加工盘类零件的最大工件回转直径为400ram；当加工轴类零件时，由于工件在溜板上通过图1 CA6140型车床的外形示意图
　　2、卧式车床的运动形式及控制要求
　　1）主运动和进给运动
　　卧式车床加工时，主运动是主轴通过卡盘带动工件旋转，它承受车削时的主要切削功率：进给运动是溜板带动刀架移动，它使刀具移动，以切削金属。主轴电动机的动力由三角皮带、主轴变速箱传递到主轴，实现主轴的旋转。溜板移动是由两台进给伺服电动机或步进电动机带动。
　　主轴一般可以实行顺时针和逆时针两个方向旋转。主轴的转速一般是由主轴变速箱外的手柄调节。如主轴电动机是由变频器或主轴伺服驱动器来驱动，主轴的转速控制不需要主轴变速箱手动调节，通过改变指令可以实行主轴转速的无极调速。
　　另外，根据主轴电动机的容量，确定主轴电动机的启动和制动形式。
　　2）辅助运动
　　CA6140卧式车床的辅助运动是指刀架的旋转换刀、加工冷却、尾座的移动、工件的装卸。
　　刀架的旋转是由一台小三相异步电动机带动，可以正反两个反向旋转。整个换刀的动作逻辑是有CNC内置的PLC决定的。
　　冷却泵由一台电动机单方向旋转带动，实现刀具切削时的冷却。冷却泵电动机可直接启动，不需要正／反转、调速和制动。
　　尾座的移动和工件的装卸都是由人力操作。
　　3 、卧式车床电气原理图分析
　　1）主电路分析
　　CA6140卧式车床的主电路部分电气原理图如图2所示。主电路中有三台三相异步电动机，M1为主轴电动机，M2为刀架电动机，M3为冷却泵电动机。除了这三台三相异步电动机之外，主电路还包括给CNC和伺服驱动器供电部分，在图2中没有详细画出。
　　图2 CA6140卧式车床电气原理图主电路部分
　　三相交流380V电源通过转换开关QBO引入，FAl、FA2起短路保护作用，BBl、BB2、BB3分别对三个电动机起过载保护作用。QAl和QA2控制主轴电动机正反转，QA3和QA4控制刀架电动机正反转，QA5控制水泵电动机的启动和停止。QA0控制给隔离变压器输入端输入380V交流电，隔离变压器输出的220V交流电经过一塑料外壳式断路器给伺服驱动器和CNC供电。
　　另外，为防止电动机外壳漏电伤人，电动机外壳均与地线连接。
　　2）控制电路分析
　　CA6140卧式车床的控制电路部分电气原理图如图9．3和图9．4所示。该车床的主要输入／输出信号有M3(主轴顺时针转)、M4(主轴逆时针转)、M8(冷却)、TL+(刀架正转)、TL一(刀架反转)、T1(1号刀刀位信号)、T2(2号刀刀位信号)、T3(3号刀刀位信号)、T4(4号7J33位信号)、ESP(急停信号)、DECX(X轴回零减速信号)、DECZ(z轴回零减速信号)、ST(外接循环启动信号)。这些输入／输出信号的控制和处理都是由CNC或CNC内置的PLC完成。
　　(1)机床照明电路：通过控制变压器TA2输出的24V交流电给机床照明灯供电，采用熔断器FA5短路保护。
　　(2)控制电路电源：是通过控制变压器TA2输出的110V交流电压供电，采用熔断器FA4作短路保护。
　　(3)伺服驱动器和CNC供电控制：旋转转换开关QB0三相380V交流电引入机床，同时QB0的常开辅助触点闭合。按下按钮SFl，交流接触器QA0线圈得电，QA0主触点闭合，QA0辅助常开触点闭合形成自锁，伺服驱动器和CNC得电。按下按钮SF2，QA0线圈断电，QA0的主触点和辅助触点断开，伺服驱动器和CNC断电，自锁解除。
　　(4)主轴电动机旋转控制：当CNC输出主轴顺时针转信号，KFl线圈得电，KFl常开触点闭合后，QAl线圈得电，QAl主触点闭合，主轴电动机开始顺时针旋转。当CNC输出主轴逆时针转信号，KF2线圈得电，KF2常开触点闭合后，QA2线圈得电，QA2主触点闭合，主轴电动机开始顺时针旋转。当主轴顺时针转信号和主轴逆时针转信号都没有输出时，主轴不旋转处于停止状态。
　　(5)刀架电动机旋转控制：当CNC输出刀架正转信号，KF4线圈得电，KF4常开触点闭合后，QA3线圈得电，QA3主触点闭合，刀架电动机开始正转。当CNC输出刀架反信号，KF5线圈得电，KF5常开触点闭合后，QA4线圈得电，QA4主触点闭合，刀架电动机开始反转。
　　(6)换刀控制：该车床的整个换刀过程是由CNC中的内置PLC控制的，执行过程为CNC执行换刀指令一刀架正转信号输出，刀架开始正转一接收到目标刀位的刀位信号一刀架正转信号停止输出，延时设定的时间一刀架反正信号输出，刀架反转并锁紧，换刀结束。
　　(7)冷却泵电动机控制：当CNC输出冷却信号，KF3线圈得电，KF3常开触点闭合后，QA5线圈得电，QA5主触点闭合，冷却泵电动机开始旋转。当CNC停止输出冷却信号或冷却信号没有输出时，KF3线圈失电，KF3常开触点断开，QA5线圈失电，QA5主触点断开，冷却泵电动机停止旋转。
　　(8)急停和限位控制：该机床的急停按键(SF0)和限位的行程开关(BGl—1、BGl-2、BG2．1、BG2．2)都是使用常闭触点，串联后接入到CNC急停信号中。当机床遇到紧急情况时，按下急停按键，CNC中急停信号与+24V断开，CNC出现急停报警。当问题解除，复位急停按键后急停信号与+24V导通，按CNC中的复位键，报警解除。当机床的一个轴超出行程压下限位开关，CNC中急停信号与+24V断开，CNC出现急停报警。由于超程出现急停报警时，可以按住CNC附件面板的超程解除按键(SF4)不放，急停信号与+24V导通，复位取消急停报警后可以移动超程轴到行程范围内，再松开超出解除按键。
　　(9)回零减速控制：该机床的回零减速信号(DECX、DECZ)都是使用的行程开关的常闭触点。CNC执行回零时，当对应的行程开关被压下，回零减速信号与+24V断开，回零轴即开始减速运行。
　　(10)外接循环启动控制：当CNC处于自动方式下，按下CNC附件面板的循环启动按键(SF3)，外接循环启动信号与+24V导通，CNC开始执行程序。
　　3）保护和连锁电路分析
　　该机床电路中有较完整的保护设计：熔断器FA对主电路和控制电路起短路保护作用，热继电器BB对机床的三台三相异步电动机起过载保护作用，交流接触器QA和中间继电器KF起到失压保护作用。为避免电动机顺时针转和逆时针转控制的交流接触器同时得电导致电动机短路，该电路中进行了连锁设计，QAl和QA2互锁，QA3和QA4互锁。

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