第七章 CA6140数控车床的电气系统设计及PLC控制

第七章CA6140数控车床的电气系统设计及PLC控制
7.1 改造背景
CA6140卧式车床能车削外圆、端面内圆、螺纹和螺杆，还能够车削一些定型的表面，而且可以用铰刀或者钻头等刀具进行钻不同的孔、镗孔、倒角、割槽及切断等加工工作。

传统的CA6140车床采用继电器接触器电路实现电气控制，它们的控制方式采用硬接线逻辑，利用电气元件触点的串联或者并联组合成逻辑电路进行控制，不仅接线多，而且非常复杂，体积大，功耗大，如果一旦系统构成以后，想要再改变或者增加其他功能都是非常困难的。

还有，继电器触点数目有限，所以其灵活性和扩展性比较差。

PLC是为工业的快速发展而制成的装置，它自从被开发出来之后，一直被广泛应用，主要原因是它的出现能够克服继电器的很多缺点，使工业环境大大改善，使性能提高很多。

因此，我们将CA6140卧式车床电气控制的方案改成用可编程控制器PLC来控制，可以提高整个电气系统的工作性能，从而可以减少维护和维修的工作量。

7.2 CA6140卧式车床的运动分析
CA6140卧式车床的主运动主要是指卡盘或者顶尖带动工件的旋转运动，进给运动是指溜板箱带动刀架的纵向或者横向直线运动。

它的辅助运动是指刀架的快速进给和快速退回，车床的调速采用变速箱调速的方式。

CA6140卧式车床的电力拖动运动形式包括主轴的旋转运动、刀架的进给运动。

刀架的快速移动等等。

1. 主轴的旋转运动
CA6140卧式车床的主运动是工件的旋转运动，由主电机拖动，其功率为
30kw。

主电机由接触器控制实现正反转，为提高工作效率，主电机采用反接制动。

2. 刀架的进给运动
溜板箱带着刀架的直线运动称为进给运动。

刀架的进给运动由主轴电动机带动，并且使用走刀箱调节加工时的纵向和横向走刀量。

3. 刀架的快速移动
为了提高工作效率，车床刀架的快速移动由一台单独的快速移动电动机拖动，其功率为2.2KW，并且采用点动控制。

4. 冷却系统
车床内装有一台不调速、单向旋转的三箱异步电动机拖动冷却泵，供给刀具切削时使用的冷却液。

7.3 CA6140数控车床的电气原理图
图7-1 CA6140数控化改造的电气原理图
7.4 CA140 卧式车床的PLC 控制系统
7.4.1 PLC 的选择
三菱公司的FX2N 系列PLC 吸收了整体式和模块式的优点，其基本单元、扩展单元和扩展模块的高度与宽度相等，相互之间的连接无须使用基板，仅通过扁平电缆连接，紧密拼装后组成一个长方形的整体。

FX2N 系列PLC 性能非常好，不仅有很高的运行速度，而且有很强大的功能，可用于要求较高的机电一体化的控制系统。

它具备的各种扩展单元和模块，可以根据现场的系统功能的需要组成不同的控制系统。

监于以上的原因，这个系统选用三菱公司FX2N\系列PLC 。

M1 ~
M2 ~
M3 ~
7.4.2 确定CA6140卧式车床PLC 的控制点数及功能分配
根据工作流程及设计要求，本控制系统的基本单元主要用于完成各部分机构的控制和各种检测功能，包括主电动机的正反转控制、主电动机的点动调整控制、主电动机的反接制动控制、刀架的快速移动及冷却泵的控制等。

输入点数：）（1
-P E i i i =N ，其中i E 为按钮数，i P 为状态数（输入器件）。

输出点数：)1P E N 000-=（，其中0E 为按钮数，0P 为状态数（输出器件）。

开关总数：i N +=0N N
每项加20%的余量，则本系统的PLC 控制共需要10个输入点和5个输出点，选用的PLC 输入点数要大于10，输出点数要大于5。

考虑到本机的控制规模、特点和用户在使用过程中增加新的功能、进行拓展等要求，本机选择适用于小系统的三菱小型可编程控制器FX2N-32MR 作为PLC 控制系统的单元。

I/O 点数的具体功能和分配如表7-1所示
表 7-1 I/O 点数的具体功能和分配
7.4.3 程序编制及其梯形图
根据CA6140卧式车床的控制要求，保证原电路的工作逻辑关系，而且具有各种闭锁措施，以及电气改造的投资少，工作量少。

在这个思想上，该车床的电气控制线路中的电源电路、主电路及照明电路保持不变。

具体调整过程如下：
（1）
图7-2 电气控制的I/O分配图
图7-3 PLC控制梯形图。