关键词:可编程控制器；车床改造
1前言
在保证质量的前提下考虑如何提高生产效率，是企业提高竞争生存能力的条件之一。在机械加工企业中，有许多老式普通机床,为了能使这些老式机床适应目前复杂零件批量、多品种的加工，充分挖掘利用普通机床潜力，就需要对普通机床进行机电一体化改造。数控技术是先进制造技术的基础，它综合应用了计算机、控制技术、电气传动、传感检测、液压气动、网络通信、光电技术、自动化、柔性化、集成化为基础的精密机械制造和管理信息等发展起来的高新技术。作为数控加工的主体设备，数控机床是典型的机电一体化产品，数控机床的高精度、高效率及高柔性决定了大力推广使用数控机床是提高制造能力和水平，适应市场需求和提高竞争能力的主要物质基础条件之一。
近几年随着微电子技术、计算机技术、集成技术以及自动控制技术的发展，PLC的功能越来越强大，功能模块越来越多，可以在小型PLC机上实现大型机的功能。本文提出了利用PLC控制步进电动机和机床主轴来实现机床的数控化改造。
2车床改造前后的对比
金属切削加工是改变零件形状的方法之一，从毛坯到成品，使零件加工成符合生产需要的形状和尺寸。数控机床是以编程控制器（PLC）微处理器为核心的一种新型工业控制装置，具有体积小、功能强、编程简单、可靠性强等优点，将加工信号传递到机床的数控系统，通过伺服系统按程序自动进行加工，检测设置是由传感器和传动电机组成，根据闭锁系统反馈的信号来控制、修正运动部件的偏移量，保证了零件加工的精确度。由于数控机床是根据控制器输出的信号自动按工艺完成所需的加工工作，减少了由操作人员接在普通机床加工时为保证零件按图标定的诸如直径的上下偏差、长度公差、形位公差、吃刀距、超出距所造成的重复开停机、调整、测试等一系列浪费时间的工作，并且保证产品质量。以普通车床为例，将一根直径40、长500毫米的坯料加工至直径=36，精度要求不柱度为0.05毫米的轴。
普通车床车削时所需的机动时间T应该为：
由n=1000×v／π×D=1000×100／3.14×40=796转/分
式中：ｖ—车床主轴速度D—工件坯料直径
因：L=l+y+△=500+2+2=504毫米
式中：L—车刀所移动的距离y—吃刀距（毫米）
l—工件待加工长度△—超出距（毫米）
T=L×h/s×n×t=504×2/0.8×796×2=0.79分钟
式中：T—机动时间h—切削厚度
s—走刀量n—工件每分钟转数
t—切削深度
除以上能以轴、转速及走刀量等有据可依能算出的走刀时间外，其余的如为保证尺寸精度必须小心谨慎地给定进给量前的刀尖与工件表面的对刀，然后以拖板的刻度为参考小心进刀，试车一定长度后，停机检测（最多为两次），确信与图纸的要求相符后才进行车削，其中所需的时间只能按实际操作加上人为制定给出该项工作所耗费的工时，设定此所需的时间为0.5分钟时，则普通车床的实际用时T′应为：T′=T+0.5=0.79+0.5=1.29（分钟）
改装（PLC）后的车床，转由编程控制器（PLC）发出的信号完成所须的加工工序，由于车床的横向进给实现了自动化，程序应为：以车刀刀尖为基准点，控制车刀刀尖按指令给定的以主轴中心轴线为基准进到所需加工的轴的半径距离时，横向进给自锁，依照信号进行纵向切削工作，省去了由人工操作加工中所需的反复开停车及检测用时，因此，从以上的加工一根简单的φ40×500（毫米）的轴可以得出：如果改装后数控车床的转速、切削用量等和普通车床相同，则数控机床所需的实际用时为T″=0.79(分钟)。
普通车床与改装（PLC）可编程控制器后的车床的实际时间差为：T′－T″=1.29－0.79=0.5(分钟)
由此可见改装（PLC）控制后车床的机动时比普通车床的用时省却了0.5分钟，工效将近提高了一倍，对于批量生产的产品，不仅节省了大量的时间，还提高了控制系统的可靠性和准确性，为企业提供了更可靠的自动化生产保障，提高了经济效益。
3以CW6140型普通车床为例，把继电控制改造为PLC控制
3.1改造分析
1）根据机床电气控制原理图（图1）的控制状态，选择合适的PLC机型；
2）列出PLC输入、输出I/O分配表（表1、表2）；
3）画出PLC控制电路接线图（图2）；
4）画出PLC梯形图（图3），并编制程序；
图1CW6140型普通车床电气控制线路原理图
3.2电气控制线路分析
CW6140型普通车床电气控制线路原理图如图1所示。图中分主电路、控制电路和照明、信号电路。
3.2.1电路分析
主电路中有两台电机，M1为主轴电机，带动主轴旋转和刀架作进给运动；M2为冷却泵。
三相交流电源通过转换开关QS1引入，主轴电机M1由接触器控制启动，热继电器FR1为主轴电机M1的过载保护。
冷却泵电机M2由组合开关QS2控制启动和停止，热继电器FR2为它的过载保护。
3.2.2控制电路分析
（1）主轴电机的控制。当按SB2时，接触器KM1的线圈获得电动作，同时KM1的常开触点闭合，KM3和KT得电，KM1和KM3主触点闭合时电机M1星形正转降压启动，当KT延时约3~5S时，KT延时常闭触点断开使KM3失电，其星形接法主触点断开；KT延时常开触点闭合使KM2得电，其主触点闭合，电机M1从星形转换为三角形运行。同理，按SB1时，电机M1反转（星形—三角形启动）。
（2）冷却泵电机的控制。旋合组合开关QS2使冷却泵电机M2启动运行。
（3）照明电路分析。控制变压器TC的二次侧输出36V电压，作为机床低压照灯电源，EL为机床的低压照明灯，由开关SA2控制。
3.3PLC及其程序设计
3.3.1PLC选型和I/O端口分配
根据以上机床主电路继电控制要求分析，系统共需开关量输入点5个，开关量输出点4个，考虑系统的经济性和技术指标，拟选用三菱公司的微型机FX2n—16MR机型，该机基本单元有8点输入，8点输出，完全能满足控制要求。输入/输出信号地址分配如表1和表2。
表1输入信号地址分配表
表2输出信号地址分配表
3.3.2PLC控制电路接线图
为了保证安全,系统外部设置了急停控制电路，SB6为电源供给按钮，当系统出现故障时，按下SB5，KM线圈失电，KM常开启点断开，PLC失去电源，机床停止工作。PLC控制电路接线如图2所示。
图2PLC控制电路接线图
3.3.3PLC程序设计：
当按SB2时，X000的常开触点闭合，Y000、Y003和T0得电，接触器KM1的线圈获得电动作，同时KM1和KM4主触点闭合时电机M1星形正转降压启动，当T0延时约3~5S时，T0延时常闭触点断开使KM4失电，其星形接法主触点断开；T0延时常开触点闭合使KM3得电，其主触点闭合，电机M1从星形转换为三角形运行。同理，按SB1时，X001的常开触点闭合,接触器KM2的线圈获得电动作,电机M1反转（星形—三角形启动）。根据以上要求编制PLC控制梯形图（图3）及由梯形图写出PLC控制指令程序。
图3PLC梯形图
编程如下:
LDX000
ORY000
ANIY001
ANDX002
ANDX003
ANDX004
OUTY000
LDX001
ORY001
ANIY000
ANDX002
ANDX003
ANDX004
OUTY001
LDY000
ORY001
MPS
ANIY002
OUTTO
K30
MRO
LDTO
ORY002
ANB
ANIY003
OUTY002
MPP
ANITO
ANIY002
OUTY003
END
采用简易编程器或设置有三菱PLC开发软件的电脑，把编制的程序输入固化到可编程控制器的存储器内，并进行调试运行，直到完全达到要求的控制功能为止。
4结束语
PLC具有很高的可靠性,所以PLC控制系统的大部分故障主要来自于PLC外部元件,用可编程序控制器(PLC)将普通机床改造为经济性数控机床,简单易行,可靠性高,抗干扰能力强。经实践证明，普通车床数控化改造后都能取得良好的效果，它尺寸精度非常稳定，加工效率大大提高，具有一定的经济性、实用性和稳定性，对中小型企业的技术改造非常有效。