本實用新型涉及機械加工技術領域，具體是涉及磨削機床尤其是硬質(zhì)合金產(chǎn)品的磨削加工專用機床用電氣控制系統(tǒng)裝置。

背景技術：

目前就我國國內(nèi)市場占有情況來看，MQ6025A萬能工具磨床較為常用，其為手工操作，基于節(jié)約成本的考量，進行普通磨床的數(shù)控化改造，也成為企業(yè)的進行技術升級和設備改造的趨勢，并有許多企業(yè)在此方面取得了一定進展。一般的數(shù)控車床或者數(shù)控銑床，均采用了開環(huán)、半閉環(huán)或者是閉環(huán)反饋系統(tǒng)，其原理是將執(zhí)行機構(gòu)(一般是機床工作臺和刀具主軸)的位移情況反饋到伺服機構(gòu)，通過插補運算，計算出剩余的執(zhí)行機構(gòu)所需位移量，進而發(fā)出位移脈沖，驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)精確運行到預定位置。在磨削加工過程中，將有砂輪鋒鈍和機床傳動鏈的放讓變形的影響，這是在目前的數(shù)控磨床設計中未能有效避免的，具體如下：

1.數(shù)控磨床對砂輪鋒鈍情況的忽視和錯誤判定導致工件磨削加工不到位；

在數(shù)控磨床的設計研發(fā)中，即使引入微米級高精度光柵測量尺作為位置環(huán)反饋，也無法獲得令人滿意的效果。因為雖然采用位置反饋，通過插補位移，使磨床工作臺位置更準確，但在磨削過程中，砂輪鋒鈍磨損情況不一，使工件各部分的剩余磨削余量也不盡相同，并且“零進給”狀態(tài)下，砂輪多轉(zhuǎn)幾圈或者少轉(zhuǎn)幾圈進行磨削時，造成的工件磨削質(zhì)量也不盡相同。

因此，在實際中較多的數(shù)控磨床使用的位置反饋機構(gòu)，測量工作臺的剩余位移量，通過伺服系統(tǒng)發(fā)出位移進給信號使工作臺運行到位目標位置而停止位移進給，但是此時因為存在砂輪嚴重的鋒鈍情況，直接導致工件未加工到位，而此時數(shù)控系統(tǒng)卻因判斷工作臺已經(jīng)到達目標位置，據(jù)此判定工件已經(jīng)磨削加工到位，導致工件磨削加工不合格。

2.數(shù)控磨床的“恒位移強行進給”方式導致機床傳動鏈嚴重變形

在數(shù)控磨床的設計中，采用插補運算的方式計算執(zhí)行機構(gòu)的剩余位移量，通過伺服機構(gòu)發(fā)出位移指令，通過這種控制方式，將使磨床工作臺始終按照一恒定速度進行位移進給，此種進給方式系“恒位移橫行進給”方式。

在這種“恒位移”進給方式下，數(shù)控磨床將不考慮磨削過程中砂輪的鋒鈍情況，更不考慮磨削力的大小變化。它只會按照恒定速度進行位移進給，當砂輪產(chǎn)生鋒鈍時，在恒位移的進給方式下，這種進給方式是強行的，隨著磨削的深入，磨削力將顯著的增大或減小，從而導致機床傳動鏈產(chǎn)生嚴重的不均衡變形，使工件的磨削質(zhì)量不高。

正是因為存在數(shù)控系統(tǒng)位置反饋誤判和恒位移強行進給兩種先天缺陷，并沒有很好解決，從而導致了數(shù)控磨床的研發(fā)設計始終難以滿足用戶要求，因而數(shù)控磨床的設計發(fā)展遠不如數(shù)控車、銑、加工中心等現(xiàn)代機床的發(fā)展速度，解決這一問題也成為必要。

而另一方面，機床電器控制系統(tǒng)是現(xiàn)代機床的大腦和神經(jīng)，對現(xiàn)在工業(yè)設備的發(fā)展有重要的作用。傳統(tǒng)的機床電器控制系統(tǒng)主要由繼電器、接觸器、開關和按鈕等基本元件組成，通稱叫做繼電器-接觸器控制系統(tǒng)，其本質(zhì)是進行開關量的控制。它的主要控制對象是針對三相交流異步電動機，對該類電機進行例如起動、制動、反轉(zhuǎn)、降壓等工作要求進行控制，其特點是原理簡單，元件成本低，易使用維護，故至今依然應用在很多機床設備上。隨著現(xiàn)代機床設備的發(fā)展，機床設備的控制要求越來越高，傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制系統(tǒng)無法滿足控制要求，而基于PLC可編程控制器技術是以為處理器為基礎的通用工業(yè)控制裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)開關量邏輯控制、運動控制、閉環(huán)過程控制、數(shù)據(jù)處理和通信聯(lián)網(wǎng)功能，因而將PLC可編程控制器用于傳統(tǒng)數(shù)控磨床的控制系統(tǒng)的改造很有必要。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的就是為了解決現(xiàn)有技術之不足而提供一種硬質(zhì)合金圓片產(chǎn)品的磨削加工專用機床，實現(xiàn)硬質(zhì)合金圓片產(chǎn)品的快速、高效、自動化生產(chǎn)的磨削機床用電氣控制系統(tǒng)。

本實用新型的磨削機床用電氣控制系統(tǒng)是采用如下技術方案來達到上述目的的：

一種磨削機床用電氣控制系統(tǒng)，該電氣控制系統(tǒng)是基于PLC可編程控制器的磨削機床用PLC控制系統(tǒng)及PLC的外圍控制部分構(gòu)成，PLC控制系統(tǒng)主要由CPU模塊、I/O模塊和編程器組成，PLC的外圍控制部分為機床操作面板、轉(zhuǎn)矩給定面板、指示面板、測量儀控制器、磨削自適應控制器、快速退出機構(gòu)組成，其中通過機床操作面板、測量儀控制器和轉(zhuǎn)矩給定面板給PLC控制系統(tǒng)輸入控制信號，PLC控制系統(tǒng)將輸入信號處理后輸出控制信號給機床指示面板、磨削自適應控制器和快速退出機構(gòu)。

作為上述方案的進一步說明，該電氣控制系統(tǒng)包括PLC控制電路，所述PLC控制電路中PLC的控制部分由PLC單元、電壓合成與現(xiàn)實轉(zhuǎn)換電路、作用力顯示電路和伺服驅(qū)動器電路組成，在PLC的輸入端子中，分別設置粗磨、精磨到位信號輸入端，加工、調(diào)試信號輸入端、復位停止和循環(huán)啟動輸入端及各工作儀表狀態(tài)輸入信號端，在PLC輸出端中，設置有磨削壓力大小切換控制、磨削狀態(tài)和故障指示及動作電磁閥線圈控制輸出端。

所述電壓合成與現(xiàn)實轉(zhuǎn)換電路、作用力顯示電路和伺服驅(qū)動器電路中，電壓合成與現(xiàn)實轉(zhuǎn)換電路及作用力顯示電路是將PLC的各加工階段的信號通過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為恒力矩伺服啟動器電壓信號，從而驅(qū)動伺服電機進行恒力工作；同時根據(jù)恒力的大小，按照電壓與恒力之間的比例關系進行轉(zhuǎn)換，并通過數(shù)字電表進行顯示。

進一步地，所述PLC可編程控制器選用臺灣明煒VH系列PLC VH-16/16。

采用上述結(jié)構(gòu)的有益效果在于：本實用新型采用了本實用新型通過改造原磨床的繼電器-接觸器控制系統(tǒng)，以PLC可編程控制器為核心，設計PLC電氣控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對磨床的自動化控制，該系統(tǒng)操作簡單、易于學習和使用，較好的改善了勞動者的勞動強度，提高了生產(chǎn)效率。

附圖說明

圖1為本實用新型PLC控制系統(tǒng)示意圖；

圖2為本實用新型PLC電氣控制系統(tǒng)原理框圖；

圖3為本實用新型PLC邏輯控制框圖；

圖4為本實用新型機床的主電路原理圖；

圖5為本實用新型PLC控制電路；

圖6.1-圖6.4為本實用新型PLC階梯圖。

具體實施方式

以下結(jié)合具體實施例對本實用新型的技術方案作詳細的描述。

本實用新型是一種磨削機床用電氣控制系統(tǒng)是采用了PLC來進行控制，在硬質(zhì)合金圓片的一個磨削周期中，有多個信號需要檢測，如：左右限位、測量尺粗/精磨到位、啟停按鈕等信號。而要控制的對象，如：工作臺恒定壓力控制與切換、減速機正反啟停、測量頭氣缸進出氣缸、工件主軸電機啟停等，采用PLC控制系統(tǒng)方案能有效地實現(xiàn)磨削機床的高效、自動化生產(chǎn)效率。

如圖1、圖2所示，該電氣控制系統(tǒng)是基于PLC可編程控制器的磨削機床用PLC控制系統(tǒng)及PLC的外圍控制部分構(gòu)成，PLC控制系統(tǒng)主要由CPU模塊、I/O模塊和編程器組成，PLC的外圍控制部分為機床操作面板、轉(zhuǎn)矩給定面板、指示面板、測量儀控制器、磨削自適應控制器、快速退出機構(gòu)組成，其中通過機床操作面板、測量儀控制器和轉(zhuǎn)矩給定面板給PLC控制系統(tǒng)輸入控制信號，PLC控制系統(tǒng)將輸入信號處理后輸出控制信號給機床指示面板、磨削自適應控制器和快速退出機構(gòu)，PLC可編程控制器能夠?qū)崿F(xiàn)開關量邏輯控制、運動控制、閉環(huán)過程控制、數(shù)據(jù)處理和通信聯(lián)網(wǎng)功能。

根據(jù)PLC輸入輸出的系統(tǒng)控制要求，本實用新型磨床系統(tǒng)PLC的邏輯控制框圖如圖3所示，系統(tǒng)的主要分為手動調(diào)試和自動加工兩種模式，其工作原理如下：

手動調(diào)試模式：

1.機床開機上電后，PLC進行初始化處理；

2.初始化后，操作人員可通過手動選擇自動加工或者是手動調(diào)試機床模式；

3.若選擇手動調(diào)試模式，則由工人手工調(diào)試機床各動作，調(diào)整機床各顯示儀表的狀態(tài)；

自動加工模式：

1.手工調(diào)試完畢后，即可切換到自動加工模式，在自動模式下的任意時段，都可按動機床復位(急停)按鈕使機床復位；

2.將工件裝夾完畢后，工人給出循環(huán)啟動指令，機床開始執(zhí)行加工任務，在線測量探頭伸出，獲得硬質(zhì)合金圓片的測量尺寸信號，并對此信號判斷工件是否為合格工件，若是合格工件，系統(tǒng)不執(zhí)行加工程序，進入復位狀態(tài)，以進行下一個工件的加工準備；

3.若對工件的尺寸判斷為非合格尺寸工件，則判斷工件處于粗磨、精磨、光磨階段，程序可根據(jù)工件所處的階段，直接執(zhí)行相應階段的磨削加工；

4.若工件處于粗磨階段，則進行粗磨加工，粗磨加工時，在線測量系統(tǒng)實時監(jiān)測尺寸，并判斷是否進入下一階段；

5.粗磨到位后，在線測量系統(tǒng)發(fā)出信號進入精磨階段，系統(tǒng)對執(zhí)行精磨加工程序；

6.精磨到位后，在線測量系統(tǒng)發(fā)出信號進入光磨階段，系統(tǒng)驅(qū)動伺服電機轉(zhuǎn)動5圈進行無余量磨削，即執(zhí)行光磨加工程序；

7.光磨到位后，在線測量系統(tǒng)判斷工件為合格尺寸，即收回在線測量尺、驅(qū)動工作臺快速退回工作起點，系統(tǒng)執(zhí)行復位指令，以準備執(zhí)行下一個工件的自動加工循環(huán)。

根據(jù)以上控制模塊和機床控制要求，本實用新型具體實施例選擇臺灣明煒VH系列PLC VH-16/16，該型號為基本單元，具有16點輸入端子和16點輸出端子，可滿足本系統(tǒng)的控制要求，其編程指令和格式完全同于三菱FX2N，性能和編程軟件比三菱更方便。該型PLC面殼是點陣LED，可作輸入輸出信號指示，既降低開發(fā)成本，又可用作用戶報警屏，由用戶自己編程控制報警信息顯示。

本實用新型機床的電路主要包括機床主電路和PLC控制電路，本實用新型機床的主電路圖如圖4所示，該電路的原理如下：

1.在機床的主電路中，砂輪主軸電機采用雙速電機，可根據(jù)用戶根據(jù)加工需要選擇高、低速磨削加工，該電路采用KM1、KM2繼電器進行啟動控制，2個繼電器相互之間要求進行互鎖；

2.工件電機和冷卻電機都采用直接控制，使用旋鈕開關控制接觸器方式，減少操作按鈕。

3.伺服電機采用直接啟動，不需使用按鈕開關方式控制，采用PLC程序進行的直接控制；

4.各電機都用斷路器保護，省去了熔斷器和熱繼電器；

5.電路提供了直流電供控制電路使用，提供了插座電源供維修時供電用；

6、根據(jù)工人操作需要，機床設計了36v直流照明電路。

如圖5所示為PLC控制電路。PLC的控制部分由PLC單元、電壓合成與現(xiàn)實轉(zhuǎn)換電路、作用力顯示電路和伺服驅(qū)動器電路組成，在PLC的輸入端子中，X0-X1為粗磨、精磨到位信號輸入端，X2作為加工、調(diào)試信號輸入端、X3、X4為復位停止和循環(huán)啟動輸入端，X5-X15為各工作儀表狀態(tài)輸入信號端，在PLC輸出端中，Y0-Y3作磨削壓力大小切換控制；Y4-Y10作磨削狀態(tài)和故障指示；Y11-Y15作動作電磁閥線圈控制。

上述電壓合成與現(xiàn)實轉(zhuǎn)換電路、作用力顯示電路和伺服驅(qū)動器電路中，電壓合成與現(xiàn)實轉(zhuǎn)換電路及與作用力顯示電路的功能是將PLC的各加工階段的信號通過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為恒力矩伺服啟動器電壓信號，從而驅(qū)動伺服電機進行恒力工作；同時根據(jù)恒力的大小，按照電壓與恒力之間的比例關系進行轉(zhuǎn)換，并通過數(shù)字電表進行顯示。

本機床所設計的PLC程序邏輯梯形圖見圖6.1-圖6.4。

以上所述的僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本實用新型的保護范圍。