普通立式銑床自動化改造
2018-6-21 來源：南京機(jī)電職業(yè)技術(shù) 南京興農(nóng)齒輪公司 作者：陸晨芳 佟靜 許德琪 魏恒成
摘 要: 為提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，針對車間現(xiàn)有的立式銑床手搖分度頭銑削六方螺母這一問題，采用 PLC 作為主控制器，用伺服電機(jī)作為主執(zhí)行元件，將手動分度改造為自動分度，在不影響機(jī)床原有功能的基礎(chǔ)上完成機(jī)床的自動化改造。給出了設(shè)備改造的總體方案、機(jī)械結(jié)構(gòu)調(diào)整內(nèi)容、電氣控制方法、PLC 的 I/O 地址表、外部接線圖以及詳細(xì)工作流程。運(yùn)行結(jié)果表明，改造后的設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，便于操作，極大地提高生產(chǎn)效率，具有良好的實(shí)用價值和經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān)鍵詞: 立式銑床; 自動化改造; PLC
0 引言
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步、人工成本的上漲、市場環(huán)境的改變，自動化已成為機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展趨勢之一。在企業(yè)中對原有手動操作機(jī)床進(jìn)行自動化改造，可提高企業(yè)的工作效率、增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益、提升企業(yè)的市場競爭力，使企業(yè)能夠更好地適應(yīng)當(dāng)今社會的發(fā)展需求，具有普遍的社會意義。
在此背景下，校企合作利用 PLC 控制器改造一臺立式銑床，實(shí)現(xiàn)半自動化生產(chǎn)。
1 、立式銑床改造方案
原有立式銑床如圖 1 所示。
圖 1 原有立式銑床
此機(jī)床主要包括主軸、工作臺和分度盤三部分。工作時，主軸帶動銑刀旋轉(zhuǎn)，工作臺帶動工件左右直線運(yùn)動。當(dāng)六方螺母一面加工完成后，手搖分度盤帶動卡盤旋轉(zhuǎn) 60°，開始加工另一面，依次循環(huán)，直至六面加工完成后停機(jī)。原有機(jī)床分度動作由人工手搖完成，效率較低。為提高生產(chǎn)效率、減輕工人勞動強(qiáng)度，在保留機(jī)床原有功能的基礎(chǔ)上，將手動分度改為自動分度。
整體改造方案: 保留原有機(jī)床的結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)，為自動銑削設(shè)計單獨(dú)的電氣控制柜，機(jī)床分度旋轉(zhuǎn)由手動改造為自動，整臺機(jī)床的動作邏輯順序由 PLC 程序控制。自動分度改造方案: 在卡盤分度盤位置安裝伺服電機(jī)，分度盤和電機(jī)軸之間采用皮帶傳動。伺服電機(jī)由伺服驅(qū)動器控制，驅(qū)動器由 PLC 脈沖控制，以此實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確分度。
2 、機(jī)械結(jié)構(gòu)調(diào)整內(nèi)容
機(jī)床分度盤部分的原有結(jié)構(gòu)如圖 2 所示，通過手動旋轉(zhuǎn)手柄實(shí)現(xiàn)卡盤的旋轉(zhuǎn)。
圖 2 調(diào)整前的分度盤結(jié)構(gòu)
改造后的分度盤部分結(jié)構(gòu)如圖 3 所示，在原有分度盤的基礎(chǔ)上增加了同步帶輪、同步帶、L 形電機(jī)座和伺服電機(jī)。L 形電機(jī)座安裝在工作臺上，伺服電機(jī)通過螺母與電機(jī)座相連。伺服電機(jī)軸與分度盤旋轉(zhuǎn)軸之間通過同步帶輪和同步帶實(shí)現(xiàn)連接和傳動。
圖 3 調(diào)整后的分度盤結(jié)構(gòu)
3 、電氣原理圖調(diào)整內(nèi)容
機(jī)床原有電氣原理圖的主電路只包括主運(yùn)動控制和進(jìn)給運(yùn)動控制，如圖 4 所示。主電機(jī)由空氣開關(guān) QF 保護(hù)，通過接觸器 KM 實(shí)現(xiàn)星形/三角形降壓啟動。進(jìn)給電機(jī)由空氣開關(guān) QF 保護(hù)，通過接觸器 KM 實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制。
圖 4 主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動控制原理圖
改造后的電氣原理圖增加了分度運(yùn)動控制部分，分度運(yùn)動控制主要包括空氣開關(guān) QF、變壓器 TC、驅(qū)動器和分度電機(jī)等電氣元件，其電氣原理如圖 5 所示。
圖 5 分度運(yùn)動控制原理圖
4、PLC 控制方法
根據(jù)自動銑削機(jī)床的動作控制要求，需要 PLC 輸入端子 5 個，輸出端子 8 個，具體內(nèi)容如表 1 所示。
表 1 輸入輸出地址表
根據(jù)輸入輸出點(diǎn)個數(shù)及 PLC 容量，選取三菱 FX3U－32MT 型 PLC 作為主控制器，其接線圖如圖 6 所示。
圖 6 PLC 外部接線圖
改造后機(jī)床自動銑削六方螺母的 PLC 控制流程如圖7 所示。
圖 7 PLC 控制流程圖
PLC 控制分度電機(jī)旋轉(zhuǎn)采用 PLSR 指令，部分控制程序如圖 8 所示。
圖 8 PLC 部分控制程序
5 、結(jié)語
經(jīng)過接線、編程及調(diào)試，該機(jī)床實(shí)現(xiàn)了分度旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的自動化，且保留了機(jī)床的原有功能。此次改造保留了機(jī)床原來的電氣控制系統(tǒng)，同時為機(jī)床設(shè)計了新的電氣控制柜，兩套電控系統(tǒng)均可工作。而且改造后的機(jī)床不僅可以銑削六方螺母，還可以通過調(diào)整 PLC 程序銑削其他類型的零件。經(jīng)測試，改造后的自動銑削機(jī)床只需要人工上料和下料，其余都是自動生產(chǎn)，減輕了工人的勞動強(qiáng)度，提高了車間的生產(chǎn)效率和自動化水平，為企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益，具有很好的推廣價值。
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