CN206416043U - 一种磨削机床用电气控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种磨削机床用电气控制系统，它是由基于PLC可编程控制器的磨削机床用PLC控制系统及PLC的外围控制部分构成，PLC控制系统主要由CPU模块、I/O模块和编程器组成，主要包括PLC控制电路，PLC的外围控制部分为磨床操作面板、转矩给定面板、指示面板、测量仪控制器、磨削自适应控制器、快速退出机构组成，其中通过磨床操作面板、测量仪控制器和转矩给定面板给PLC控制系统输入控制信号，PLC控制系统将输入信号处理后输出控制信号给磨床指示面板、磨削自适应控制器和快速退出机构。本实用新型通过改造原磨床的继电器‑接触器控制系统，以PLC可编程控制器为核心，设计PLC电气控制系统，实现对磨床的自动化控制，该系统操作简单、易于学习和使用，较好的改善了劳动者的劳动强度，提高了生产效率。

Description

一种磨削机床用电气控制系统

技术领域

本实用新型涉及机械加工技术领域，具体是涉及磨削机床尤其是硬质合金产品的磨削加工专用机床用电气控制系统装置。

背景技术

目前就我国国内市场占有情况来看，MQ6025A万能工具磨床较为常用，其为手工操作，基于节约成本的考量，进行普通磨床的数控化改造，也成为企业的进行技术升级和设备改造的趋势，并有许多企业在此方面取得了一定进展。一般的数控车床或者数控铣床，均采用了开环、半闭环或者是闭环反馈系统，其原理是将执行机构(一般是机床工作台和刀具主轴)的位移情况反馈到伺服机构，通过插补运算，计算出剩余的执行机构所需位移量，进而发出位移脉冲，驱动执行机构精确运行到预定位置。在磨削加工过程中，将有砂轮锋钝和机床传动链的放让变形的影响，这是在目前的数控磨床设计中未能有效避免的，具体如下：

1.数控磨床对砂轮锋钝情况的忽视和错误判定导致工件磨削加工不到位；

在数控磨床的设计研发中，即使引入微米级高精度光栅测量尺作为位置环反馈，也无法获得令人满意的效果。因为虽然采用位置反馈，通过插补位移，使磨床工作台位置更准确，但在磨削过程中，砂轮锋钝磨损情况不一，使工件各部分的剩余磨削余量也不尽相同，并且“零进给”状态下，砂轮多转几圈或者少转几圈进行磨削时，造成的工件磨削质量也不尽相同。

因此，在实际中较多的数控磨床使用的位置反馈机构，测量工作台的剩余位移量，通过伺服系统发出位移进给信号使工作台运行到位目标位置而停止位移进给，但是此时因为存在砂轮严重的锋钝情况，直接导致工件未加工到位，而此时数控系统却因判断工作台已经到达目标位置，据此判定工件已经磨削加工到位，导致工件磨削加工不合格。

2.数控磨床的“恒位移强行进给”方式导致机床传动链严重变形

在数控磨床的设计中，采用插补运算的方式计算执行机构的剩余位移量，通过伺服机构发出位移指令，通过这种控制方式，将使磨床工作台始终按照一恒定速度进行位移进给，此种进给方式系“恒位移横行进给”方式。

在这种“恒位移”进给方式下，数控磨床将不考虑磨削过程中砂轮的锋钝情况，更不考虑磨削力的大小变化。它只会按照恒定速度进行位移进给，当砂轮产生锋钝时，在恒位移的进给方式下，这种进给方式是强行的，随着磨削的深入，磨削力将显著的增大或减小，从而导致机床传动链产生严重的不均衡变形，使工件的磨削质量不高。

正是因为存在数控系统位置反馈误判和恒位移强行进给两种先天缺陷，并没有很好解决，从而导致了数控磨床的研发设计始终难以满足用户要求，因而数控磨床的设计发展远不如数控车、铣、加工中心等现代机床的发展速度，解决这一问题也成为必要。

而另一方面，机床电器控制系统是现代机床的大脑和神经，对现在工业设备的发展有重要的作用。传统的机床电器控制系统主要由继电器、接触器、开关和按钮等基本元件组成，通称叫做继电器-接触器控制系统，其本质是进行开关量的控制。它的主要控制对象是针对三相交流异步电动机，对该类电机进行例如起动、制动、反转、降压等工作要求进行控制，其特点是原理简单，元件成本低，易使用维护，故至今依然应用在很多机床设备上。随着现代机床设备的发展，机床设备的控制要求越来越高，传统的继电器-接触器控制系统无法满足控制要求，而基于PLC可编程控制器技术是以为处理器为基础的通用工业控制装置，能够实现开关量逻辑控制、运动控制、闭环过程控制、数据处理和通信联网功能，因而将PLC可编程控制器用于传统数控磨床的控制系统的改造很有必要。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了解决现有技术之不足而提供一种硬质合金圆片产品的磨削加工专用机床，实现硬质合金圆片产品的快速、高效、自动化生产的磨削机床用电气控制系统。

本实用新型的磨削机床用电气控制系统是采用如下技术方案来达到上述目的的：

一种磨削机床用电气控制系统，该电气控制系统是基于PLC可编程控制器的磨削机床用PLC控制系统及PLC的外围控制部分构成，PLC控制系统主要由CPU模块、I/O模块和编程器组成，PLC的外围控制部分为机床操作面板、转矩给定面板、指示面板、测量仪控制器、磨削自适应控制器、快速退出机构组成，其中通过机床操作面板、测量仪控制器和转矩给定面板给PLC控制系统输入控制信号，PLC控制系统将输入信号处理后输出控制信号给机床指示面板、磨削自适应控制器和快速退出机构。

作为上述方案的进一步说明，该电气控制系统包括PLC控制电路，所述PLC控制电路中PLC的控制部分由PLC单元、电压合成与现实转换电路、作用力显示电路和伺服驱动器电路组成，在PLC的输入端子中，分别设置粗磨、精磨到位信号输入端，加工、调试信号输入端、复位停止和循环启动输入端及各工作仪表状态输入信号端，在PLC输出端中，设置有磨削压力大小切换控制、磨削状态和故障指示及动作电磁阀线圈控制输出端。

所述电压合成与现实转换电路、作用力显示电路和伺服驱动器电路中，电压合成与现实转换电路及作用力显示电路是将PLC的各加工阶段的信号通过转换电路转换为恒力矩伺服启动器电压信号，从而驱动伺服电机进行恒力工作；同时根据恒力的大小，按照电压与恒力之间的比例关系进行转换，并通过数字电表进行显示。

进一步地，所述PLC可编程控制器选用台湾明炜VH系列PLC VH-16/16。

采用上述结构的有益效果在于：本实用新型采用了本实用新型通过改造原磨床的继电器-接触器控制系统，以PLC可编程控制器为核心，设计PLC电气控制系统，实现对磨床的自动化控制，该系统操作简单、易于学习和使用，较好的改善了劳动者的劳动强度，提高了生产效率。

附图说明

图1为本实用新型PLC控制系统示意图；

图2为本实用新型PLC电气控制系统原理框图；

图3为本实用新型PLC逻辑控制框图；

图4为本实用新型机床的主电路原理图；

图5为本实用新型PLC控制电路；

图6.1-图6.4为本实用新型PLC阶梯图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本实用新型的技术方案作详细的描述。

本实用新型是一种磨削机床用电气控制系统是采用了PLC来进行控制，在硬质合金圆片的一个磨削周期中，有多个信号需要检测，如：左右限位、测量尺粗/精磨到位、启停按钮等信号。而要控制的对象，如：工作台恒定压力控制与切换、减速机正反启停、测量头气缸进出气缸、工件主轴电机启停等，采用PLC控制系统方案能有效地实现磨削机床的高效、自动化生产效率。

如图1、图2所示，该电气控制系统是基于PLC可编程控制器的磨削机床用PLC控制系统及PLC的外围控制部分构成，PLC控制系统主要由CPU模块、I/O模块和编程器组成，PLC的外围控制部分为机床操作面板、转矩给定面板、指示面板、测量仪控制器、磨削自适应控制器、快速退出机构组成，其中通过机床操作面板、测量仪控制器和转矩给定面板给PLC控制系统输入控制信号，PLC控制系统将输入信号处理后输出控制信号给机床指示面板、磨削自适应控制器和快速退出机构，PLC可编程控制器能够实现开关量逻辑控制、运动控制、闭环过程控制、数据处理和通信联网功能。

根据PLC输入输出的系统控制要求，本实用新型磨床系统PLC的逻辑控制框图如图3所示，系统的主要分为手动调试和自动加工两种模式，其工作原理如下：

手动调试模式：

1.机床开机上电后，PLC进行初始化处理；

2.初始化后，操作人员可通过手动选择自动加工或者是手动调试机床模式；

3.若选择手动调试模式，则由工人手工调试机床各动作，调整机床各显示仪表的状态；

自动加工模式：

1.手工调试完毕后，即可切换到自动加工模式，在自动模式下的任意时段，都可按动机床复位(急停)按钮使机床复位；

2.将工件装夹完毕后，工人给出循环启动指令，机床开始执行加工任务，在线测量探头伸出，获得硬质合金圆片的测量尺寸信号，并对此信号判断工件是否为合格工件，若是合格工件，系统不执行加工程序，进入复位状态，以进行下一个工件的加工准备；

3.若对工件的尺寸判断为非合格尺寸工件，则判断工件处于粗磨、精磨、光磨阶段，程序可根据工件所处的阶段，直接执行相应阶段的磨削加工；

4.若工件处于粗磨阶段，则进行粗磨加工，粗磨加工时，在线测量系统实时监测尺寸，并判断是否进入下一阶段；

5.粗磨到位后，在线测量系统发出信号进入精磨阶段，系统对执行精磨加工程序；

6.精磨到位后，在线测量系统发出信号进入光磨阶段，系统驱动伺服电机转动5圈进行无余量磨削，即执行光磨加工程序；

7.光磨到位后，在线测量系统判断工件为合格尺寸，即收回在线测量尺、驱动工作台快速退回工作起点，系统执行复位指令，以准备执行下一个工件的自动加工循环。

根据以上控制模块和机床控制要求，本实用新型具体实施例选择台湾明炜VH系列PLC VH-16/16，该型号为基本单元，具有16点输入端子和16点输出端子，可满足本系统的控制要求，其编程指令和格式完全同于三菱FX2N，性能和编程软件比三菱更方便。该型PLC面壳是点阵LED，可作输入输出信号指示，既降低开发成本，又可用作用户报警屏，由用户自己编程控制报警信息显示。

本实用新型机床的电路主要包括机床主电路和PLC控制电路，本实用新型机床的主电路图如图4所示，该电路的原理如下：

1.在机床的主电路中，砂轮主轴电机采用双速电机，可根据用户根据加工需要选择高、低速磨削加工，该电路采用KM1、KM2继电器进行启动控制，2个继电器相互之间要求进行互锁；

2.工件电机和冷却电机都采用直接控制，使用旋钮开关控制接触器方式，减少操作按钮。

3.伺服电机采用直接启动，不需使用按钮开关方式控制，采用PLC程序进行的直接控制；

4.各电机都用断路器保护，省去了熔断器和热继电器；

5.电路提供了直流电供控制电路使用，提供了插座电源供维修时供电用；

6、根据工人操作需要，机床设计了36v直流照明电路。

如图5所示为PLC控制电路。PLC的控制部分由PLC单元、电压合成与现实转换电路、作用力显示电路和伺服驱动器电路组成，在PLC的输入端子中，X0-X1为粗磨、精磨到位信号输入端，X2作为加工、调试信号输入端、X3、X4为复位停止和循环启动输入端，X5-X15为各工作仪表状态输入信号端，在PLC输出端中，Y0-Y3作磨削压力大小切换控制；Y4-Y10作磨削状态和故障指示；Y11-Y15作动作电磁阀线圈控制。

上述电压合成与现实转换电路、作用力显示电路和伺服驱动器电路中，电压合成与现实转换电路及与作用力显示电路的功能是将PLC的各加工阶段的信号通过转换电路转换为恒力矩伺服启动器电压信号，从而驱动伺服电机进行恒力工作；同时根据恒力的大小，按照电压与恒力之间的比例关系进行转换，并通过数字电表进行显示。

本机床所设计的PLC程序逻辑梯形图见图6.1-图6.4。

以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种磨削机床用电气控制系统，其特征在于，该电气控制系统是基于PLC可编程控制器的磨削机床用PLC控制系统及PLC的外围控制部分构成，该电气控制系统包括PLC控制电路，PLC控制系统主要由CPU模块、I/O模块和编程器组成，PLC的外围控制部分为机床操作面板、转矩给定面板、指示面板、测量仪控制器、磨削自适应控制器、快速退出机构组成，其中，通过机床操作面板、测量仪控制器和转矩给定面板给PLC控制系统输入控制信号，PLC控制系统将输入信号处理后输出控制信号给机床指示面板、磨削自适应控制器和快速退出机构。

2.根据权利要求1所述的磨削机床用电气控制系统，其特征在于，所述PLC控制电路中PLC的控制部分由PLC单元、电压合成与现实转换电路、作用力显示电路和伺服驱动器电路组成，在PLC的输入端子中，分别设置粗磨、精磨到位信号输入端，加工、调试信号输入端、复位停止和循环启动输入端及各工作仪表状态输入信号端，在PLC输出端中，设置有磨削压力大小切换控制、磨削状态和故障指示及动作电磁阀线圈控制输出端；

所述电压合成与现实转换电路、作用力显示电路中，电压合成与现实转换电路及作用力显示电路是将PLC的各加工阶段的信号通过转换电路转换为恒力矩伺服启动器电压信号，从而驱动伺服电机进行恒力工作；同时根据恒力的大小，按照电压与恒力之间的比例关系进行转换，并通过数字电表进行显示。

3.根据权利要求1所述的磨削机床用电气控制系统，其特征在于，所述PLC可编程控制器选用台湾明炜VH系列PLC VH-16/16。