【摘要】:本文介紹了利用西門子S7—300與全數(shù)字式直流驅(qū)動M420R對B2010A型龍門刨床進(jìn)行自動化改造,以提高其的加工效率與精度。分別就刨床的工作原理,調(diào)速裝置的選型,電氣設(shè)計(jì),PLC配置及程序設(shè)計(jì)等幾方面進(jìn)行闡述,該電氣系統(tǒng)的成功改造為用可調(diào)速裝置與PLC相結(jié)合改造K—F—D拖動系統(tǒng)起到借鑒作用。 關(guān)鍵詞:龍門刨床PLC 變頻改造
1 引言 機(jī)修分廠的B2010A型龍門刨床被用于加工汽輪機(jī)的缸套等。該設(shè)備使用日久,出現(xiàn)了精度降低,調(diào)速性差,生產(chǎn)效率低等問題,故急需對其進(jìn)行改造。考慮到原有設(shè)備與加工要求調(diào)速比達(dá)到20:1以上,可用于刨、銑削,靜差度小于10%,切削力恒定、平穩(wěn)、沖擊小,刀具切入切出時自動減速,功耗低,安全可靠、易于維護(hù)等要求。決定采用全數(shù)字直流驅(qū)動結(jié)合PLC的改造方法。
2 原刨床的基本情況 2.1基本結(jié)構(gòu) 龍門刨床包括,床身、工作臺、橫梁、左右垂直刀架、左右側(cè)刀架、立柱、龍門頂?shù)取?br style="PADCING-RIGHT: 0px; PADCING-LEFT: 0px; PADCING-BOTTOM: 0px; MARGIN: 0px; PADCING-TOP: 0px"> 2.2工作過程 龍門刨的刨削過程是工件與刨刀相對運(yùn)動。因此工作臺與工件必須頻繁地進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動,切削加工只在工作行程中,返回行程只是空轉(zhuǎn)。在切削過程中沒有進(jìn)給運(yùn)動,只有在返回行程中才有刀架的進(jìn)給運(yùn)動。其中,工作臺與工件間的往復(fù)運(yùn)動稱為主運(yùn)動,橫梁、刀架的運(yùn)動稱作輔助運(yùn)動。 |
其中0-t1工作臺前進(jìn)起動階段 t1-t2刀具慢速切入階段 t2-t3加速至穩(wěn)定工作速度 t3-t4工作速度階段 t4-t5減速退出工件階段 t5-t9返回階段 慢速切入切出,即防止崩壞工件又可以提高刀具使用壽命。高速切削、返回以提高加工效率。
2.4傳動系統(tǒng) 該龍門刨采用K—F—D(發(fā)電機(jī)組電動機(jī))調(diào)速系統(tǒng)交流電機(jī)拖動直流發(fā)電機(jī)再拖動直流電動機(jī),由交磁放大機(jī)控制發(fā)電機(jī)的勵磁系統(tǒng),結(jié)合機(jī)械傳動,達(dá)到20:1的機(jī)電聯(lián)合調(diào)速系統(tǒng)。進(jìn)刀機(jī)構(gòu)采用進(jìn)刀繼電器控制進(jìn)刀,由于繼電器控制時有粘連發(fā)生使加工精度下降。
3 直流驅(qū)動系統(tǒng) 3.1直流調(diào)速的優(yōu)越性 全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速范圍可達(dá)40:1,更換不同的工作組件就可使刨床用于刨、銑一機(jī)兩用。為提高加工精度,工作臺的速度不隨切削量的變化而變化,靜差度小于3%,自動調(diào)速,達(dá)到速度曲線的要求提高加工質(zhì)量與效率。
3.2設(shè)備組成 作臺的主運(yùn)動只需一臺45KW的異步電機(jī)經(jīng)直流調(diào)速驅(qū)動,實(shí)現(xiàn)無級變速。工作臺換向制動利用直流驅(qū)動自帶的能量反饋裝置,使制動速度快,能量又反饋到電網(wǎng)中。垂直刀架和左右測刀架采用PLC控制,使進(jìn)刀量準(zhǔn)確,提高加工精度。 4控件選配 驅(qū)動器選用的是英國CT公司生產(chǎn)的全數(shù)字式直流驅(qū)動器M420R,具有邏輯控制,自動保護(hù),反饋制動等功能,PLC采用西門子S7-300系列。 .4.1動參數(shù)設(shè)置 在設(shè)計(jì)中考慮到各種保護(hù)電機(jī)的過載,過壓等保護(hù),設(shè)置驅(qū)動參數(shù)的時,需要設(shè)置電機(jī)額定電壓,額定電流,勵磁電流,控制方式等參數(shù)。 5 PLC應(yīng)用程序的設(shè)計(jì) 控制部分采用PLC可編程控制器控制,其功能強(qiáng)、速度快、接點(diǎn)數(shù)少、可靠性高等特點(diǎn)。硬件連接好,插入存儲卡到中央處理器中,建立計(jì)算機(jī)和中央處理器的通訊。開始對系統(tǒng)進(jìn)行PLC程序調(diào)試,要求對系統(tǒng)作一次(PLC)總清或總復(fù)位。PLC總清完成后,PLC程序即可進(jìn)行調(diào)試。本次設(shè)計(jì)所選用的PLC是SIMATIC S7-300。故而調(diào)試軟件為STEP 7。
5.1 S7-300硬件組態(tài) S7-300硬件組態(tài)在硬件配置窗口中完成。光標(biāo)點(diǎn)擊STATION目錄級,選擇“Hardware”圖標(biāo),進(jìn)入硬件配置窗口。 (1)組態(tài)在硬件組態(tài)的站窗口中分配機(jī)架,可分布式I/O,可以從硬件目中選擇部件。 (2)參數(shù)分配建立可分配參數(shù)模塊的特性,如:啟動特性,保持區(qū)等。 (3)設(shè)定組態(tài)設(shè)定好的硬件組態(tài)和參數(shù)分配,需下載到CPU中去,選擇菜單“PLC” “DOWNLOAD”。 (4)實(shí)際組態(tài)已存在硬件中的實(shí)際組態(tài)和參數(shù)分配。可以從CPU直接上傳到PC。選擇菜單“PLC” “UPLOAD”。
5.2 PLC基本程序 西門子提供了一些PLC基本程序,用戶可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)這些標(biāo)準(zhǔn)塊即可,而被系統(tǒng)占用的功能塊不能再被編輯,基本程序項(xiàng)目庫由組織塊(OB),功能(FC),功能塊(FB)三種邏輯塊和數(shù)據(jù)塊(DB)構(gòu)成。OB1為CPU循環(huán)掃描時間內(nèi)唯一掃描的主程序,F(xiàn)C或 FB被CPU執(zhí)行的條件是必須是在組織塊(OB)中被調(diào)用,同時FB和FC也能實(shí)現(xiàn)子程序的嵌套。FB與FC的區(qū)別在與它們的變量聲明表中能夠定義的參數(shù)類型不同。當(dāng)FC的程序執(zhí)行完成后,F(xiàn)C的參數(shù)不能被保存;當(dāng)FB的程序執(zhí)行完成后,F(xiàn)B的參數(shù)能被保存。在OB1中調(diào)用FC時,只需直接調(diào)用,如:CALL FC1;而調(diào)用FB時,必須為其分配一個背景數(shù)據(jù)塊,用來保存FB的參數(shù),如:CALL FB1,DB7。背景數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)格式與相應(yīng)FB的變量聲明表的數(shù)據(jù)格式相同,不允許用戶進(jìn)行修改。
5.3 用戶基本程序 PLC程序的編制全部按照正邏輯的設(shè)計(jì),即不論物理信號是高電平還是低電平有效,邏輯“1”表示信號有效。所有物理輸入輸出信號都需經(jīng)過邏輯處理好,才能進(jìn)行邏輯運(yùn)算,也就是先要定義輸入輸出的信號有效和輸入輸出信號的邏輯,再將輸入輸出的物理信號和邏輯參數(shù)異或,其結(jié)果與有效參數(shù)(使能參數(shù))與,最后送入輸入輸出緩沖區(qū)中。現(xiàn)就工作臺的運(yùn)動控制為例加以說明。 6結(jié)束語 在整個機(jī)床的改造過程中涉及到了許多測試,調(diào)試的問題,在硬件設(shè)備安裝好后有進(jìn)行了許多調(diào)試工作。PLC程序的編制綜合考慮了工藝與加工要求的問題,驅(qū)動器的參數(shù)設(shè)置也需考慮具體的加工要求
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