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     摘要：Y7520W 萬能螺紋磨床是陜西江漢機(jī)床廠七八十年代生產(chǎn)的用于工具車間的各種刀具的螺紋磨削的磨床，該機(jī)床頭架采用傳統(tǒng)的直流調(diào)速系統(tǒng)，系統(tǒng)復(fù)雜老化故障率高，維修困難，基本處于閑置狀態(tài)，而且現(xiàn)在主流調(diào)速技術(shù)大多采用變頻調(diào)速和伺服調(diào)速。基于本機(jī)床的頭架速度控制要求，作者采用PLC 和變頻器對(duì)Y7520W 萬能螺紋磨床的進(jìn)行電氣升級(jí)改造。以滿足一般工具車間的各種刀具的螺紋磨削的需要，給企業(yè)節(jié)約了成本，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

          引言

     螺紋磨削，與普通外圓磨削類似，工作臺(tái)沿著床身做滾動(dòng)和滑動(dòng)的導(dǎo)軌做縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，砂輪架做橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，為磨削不同導(dǎo)程角的工件，砂輪軸能在垂直面內(nèi)轉(zhuǎn)一定角度。為消除雙向磨削時(shí)的換向間隙，在傳動(dòng)鏈中設(shè)有間隙消除機(jī)構(gòu)。機(jī)床有鏟磨機(jī)構(gòu)和螺距累積誤差校正機(jī)構(gòu)，保證螺紋加工的精度，另外，保證螺紋螺距精度，還要靠進(jìn)給電機(jī)傳動(dòng)精度控制，對(duì)進(jìn)給調(diào)速電機(jī)控制要求較高。

     1、 總體改造方案

     Y7520W 萬能螺紋磨床電氣控制系統(tǒng)分為交流控制盒直流控制兩大主要部分，其中交流控制系統(tǒng)主要作用是控制機(jī)床各部分的運(yùn)動(dòng)。主要包括砂輪電機(jī)控制，砂輪電機(jī)潤(rùn)滑泵控制，電機(jī)放大機(jī)原動(dòng)機(jī)控制，機(jī)床潤(rùn)滑泵電機(jī)控制及冷卻泵電機(jī)控制等。其中直流控制系統(tǒng)主要包括工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)，包括工作臺(tái)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)和工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。針對(duì)螺紋磨削對(duì)頭架速度控制以及砂輪架速度控制要求較高，而且直流調(diào)速系統(tǒng)復(fù)雜，故障率高，維修困難，加工精度難以控制等原因，總體改造方案主要包括三個(gè)方面：第一，對(duì)直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行改造，用變頻器驅(qū)動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)取代頭架傳統(tǒng)的直流調(diào)速電機(jī)，利用模擬量控制實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速；第二，鑒于螺紋磨削砂輪架轉(zhuǎn)速影響到螺紋磨削工件粗糙度，因此增加變頻器控制機(jī)床上原有的三相異步電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)多段速調(diào)速控制，以適應(yīng)不同螺紋磨削精度加工要求；第三，針對(duì)螺紋磨床電氣控制系統(tǒng)的輸入輸出信號(hào)多，連鎖控制條件繁瑣，傳統(tǒng)接觸器繼電器控制系統(tǒng)布線復(fù)雜，故障率高，維修困難，用PLC 取代原先的接觸器繼電器控制系統(tǒng)。

    2 、控制系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)

    2.1 硬件選型及組成

    砂輪架控制：選用三菱FR-A700 變頻器，控制功率為4KW 的三相異步電動(dòng)機(jī)。

    頭架控制：原來為0.45KW，額定轉(zhuǎn)速為1500 轉(zhuǎn)/ 分的直流電機(jī)，根據(jù)工藝要求，該直流電機(jī)具有較寬的調(diào)速范圍，使電動(dòng)機(jī)在（12～1800）轉(zhuǎn)/ 分的范圍內(nèi)變化，選用三菱FR-A800 變頻器,控制功率為0.75KW，4 極的三相異步電動(dòng)機(jī)。

    系統(tǒng)控制單元：根據(jù)螺紋磨床輸入輸出點(diǎn)數(shù)及系統(tǒng)備用點(diǎn)數(shù)，選用三菱FX2N-48MR PLC 作為螺紋磨床的控制單元。

    2.2 系統(tǒng)控制線路設(shè)計(jì)

    2.2.1 主電路及電源電路

    螺紋磨床改造后的電氣原理圖如圖2 所示，去掉了改造前直流部分動(dòng)力源電機(jī)放大機(jī)原動(dòng)機(jī)，砂輪電機(jī)以及工件電動(dòng)機(jī)分別采用變頻控制，實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，其中工件電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)、快速磨、鏟磨有PLC 輸出信號(hào)控制；工件電動(dòng)機(jī)粗磨精磨通過電位器模擬0-5V 電壓控制。砂輪電機(jī)啟動(dòng)、調(diào)速有PLC 輸出信號(hào)控制，可實(shí)現(xiàn)多段速調(diào)速，以滿足不同精度螺紋磨削的要求。此外，機(jī)床照明燈還是采用AC24V 安全電壓旋轉(zhuǎn)開關(guān)控制，其他電機(jī)、電磁閥、指示燈由PLC 直接控制。

    2.2.2 PLC 控制系統(tǒng)電路（如表1、表2、圖1、圖2）

    表1 輸入分配

     表2 輸出分配

         圖1 控制系統(tǒng)PLC 輸入信號(hào)連接圖

          圖2 控制系統(tǒng)PLC 輸出信號(hào)連接圖

     2.2.3 變頻器控制系統(tǒng)電路

    （1）砂輪電機(jī)變頻電路。如圖4 所示，為了滿足不同螺紋磨削要求，砂輪電機(jī)采用多段速調(diào)速，通過PLC 連接變頻器的多段速端子RH、RM、RL，分別設(shè)置高速、中速、低速，對(duì)應(yīng)部分參數(shù)設(shè)置如下：

    P79=3，為外部/PU 組合運(yùn)行模式1。
    P1=90，為上限頻率。
    P2=5，為下限頻率。
    P4=80，為高速。
    P5=55，為中速。
    P6=30，為低速。

    圖3 工件電動(dòng)機(jī)變頻控制原理圖

    （2）工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)變頻電路。在螺紋磨削過程中，對(duì)于工作臺(tái)及工件電機(jī)的控制尤其重要，可以進(jìn)行鏟磨及快速磨的控制，所謂鏟磨及快速磨可以理解為慢速（粗磨）與快速（精磨），針對(duì)磨削工藝，采用變頻多速端子RM、RL 再加電位器控制方式，控制精度進(jìn)一步提高。其對(duì)應(yīng)部分參數(shù)設(shè)置如下：

    P79=3，為外部/PU 組合運(yùn)行模式1。
    P1=60，為上限頻率。
    P2=5，為下限頻率。
    P3=45，為快速磨方式
    P4=10，為鏟磨方式
    P73=1，為0~10V 模擬電壓輸入。

    2.2.4 電氣系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

     Y7520W 螺紋磨床改造后采用PLC 控制，控制穩(wěn)定性高，后期維護(hù)維修方便。其中部分PLC 程序如圖5、圖6所示。

     圖4 砂輪電動(dòng)機(jī)變頻控制原理圖

     圖5 電源指示及主軸潤(rùn)滑程序

     圖6 砂輪電機(jī)啟停及調(diào)速程序

     3、 調(diào)試

     調(diào)試前確認(rèn)三相交流電源電壓、PLC 輸入電源電壓、控制變壓器輸入輸出接線、電動(dòng)機(jī)電源相序及接地線是否正常。以下簡(jiǎn)要說明Y7520 螺紋磨床的調(diào)試步驟：

    （1）檢查三相電源、接地線等是否良好，然后依次接通QF0-QF10 斷路器，依次測(cè)量PLC 輸入電源電壓、控制變壓器輸入輸出電源等電源電壓；

     （2）啟動(dòng)機(jī)床照明、標(biāo)尺照明及冷卻電機(jī)等，觀察工作是否正常；

     （3）啟動(dòng)主軸潤(rùn)滑電機(jī)及砂輪電機(jī)，觀察油壓壓力大小及砂輪電機(jī)運(yùn)行、轉(zhuǎn)向及振動(dòng)情況；

     （4）將轉(zhuǎn)換開關(guān)擰到“單向行程”位置，操縱砂輪架手柄進(jìn)退，觀察工件旋轉(zhuǎn)情況、變頻調(diào)速情況及工作臺(tái)是否按照選擇好的速度向右運(yùn)動(dòng)以及按照最高速度向左返回；

     （5）將轉(zhuǎn)換開關(guān)擰到“往復(fù)行程”位置，按下循環(huán)啟動(dòng)按鈕，觀察工件旋轉(zhuǎn)情況、變頻調(diào)速情況以及是否能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)往復(fù)及停止自動(dòng)往復(fù)。并注意觀察在工作臺(tái)每次返程中，機(jī)床潤(rùn)滑電機(jī)工作是否正常；

    （6）將工作臺(tái)的操作手柄向外拉至快速位置，按下“快速磨控制按鈕”觀察快速磨削情況，同樣的方法在觀察鏟磨磨削情況；

     （7）選擇在“單向行程”方式及“往復(fù)行程”方式磨削過程中，按下急停按鈕，觀察是否切斷整個(gè)機(jī)床控制電路的電源。

      4 、結(jié)束語

     該機(jī)床是濟(jì)南振榮機(jī)械公司是基于江漢機(jī)床廠故障機(jī)床大修為課題背景，改造后的Y7520W 螺紋磨床經(jīng)過了電氣調(diào)試、機(jī)械聯(lián)動(dòng)調(diào)試后，機(jī)械、電氣各個(gè)部件動(dòng)作正常，沒有出現(xiàn)太大的機(jī)械及電氣故障，在正式機(jī)械加工前，在經(jīng)過小批量零件的試加工，測(cè)量加工精度，微調(diào)變頻器參數(shù)及PLC 程序，以保正最好的加工精度及加工質(zhì)量。