C1540立式车床的电气控制系统改造

一、概述

原机床的电气控制系统主要包括工作台的主传动和刀架的移动以及进给机构的逻辑控制三大部分。工作台的拖动和刀架进给拖动是70年代改型的晶闸管——电动机组（V——M）系统，逻辑控制普遍采用继电器控制。由于该机床使用频率高、线路复杂、耗电量大，元器件老化严重故障率高，运行质量低且对电网和机械的冲击很大，维修麻烦。已无法满足现代生产的需求，因此对电气控制系统进行全面的技术改造。

二、控制系统的配置

工作台驱动采用SSD590系列直流调速装置，刀架的驱动采用安川交流伺服驱动，系统逻辑控制选用三菱FX2N系列PLC。

三、工作台调速系统

工作台原拖动电机为67KW直流电动机，机械传动有四档机械变速，所以驱动器选用英国欧陆590-380A-4Q数字直流调速装置，配合日本三菱的FX2N-4DA模拟输出模块实现对工作台进行无极调速，加装测速机作速度反馈进行闭环控制，还可显示主电机的电压电流和转速。590直流调速系统调速范围是1:100，进行闭环控制后在弱磁状态下可以达到1:300，配合机械四档变速，能够充分满足不同工件的加工需求。

在设计时除了正常的正转、反转、加速、减速之外，考虑到工作台在Ⅰ档和Ⅳ档速度相差较大，所以在点动时设置了两套参数，Ⅰ、Ⅱ档公用一套，Ⅲ、Ⅳ档公用一套，这样在点动工作时工作台的转速基本上是一致的，同时为工作台变速时独立设置了一套微动工作参数，保证变速时齿轮能够顺利的啮合。

四、刀架调速系统

刀架原来的驱动方式为一台6.7KW直流电动机用作进给，另外一台7.5KW交流电动机用作快速移动，通过机械变速传动和电磁离合器进行切换，在机械方面也是个故障高发部位，在改造时做了大胆的决策，去掉了原来复杂的机械变速箱，两个刀架选用了四台日本安川SGMGH75A2A交流伺服电动机和SGDM-75AD交流伺服驱动器，配合日本三菱的FX2N-1PG脉冲输出模块进行调速，交流伺服的调速范围可以达到1:10000，而且有着极高的低速性能和定位精度，然后配以1:8的直连减速器，直接安装在横梁的端面分别与丝杠和光杠联接，分别驱动两个刀架的X(U)轴和Y(W)轴，既可以实现低速进给又能够满足快速移动的要求。

刀架的调速采用数字编码开关来进行进给量大小的选择，既可以手动选择又可以自动跟随工作台转速的变化而进行跟踪自动调整，快速移动和慢速对刀分别设为固定值，充分满足加工操作的需求。

五、PLC控制

PLC是整个机床的控制中心，根据现场实际输入、输出点的作用和数量，结合改造要求，PLC选用日本三菱FX2N-128MR和3个扩展输入模块FX2N-EYR，1个模拟输出模块FX2N-4DA对工作台进行速度控制，4个脉冲输出模块FX2N-1PG分别对四台交流伺服电机进行速度及定位控制；同时还考虑预留了部分输入输出点，满足日后的维护及系统的扩展。

PLC程序编写过程中，工作台用按钮来实现加速、减速，通过FX2N-4DA来进行数－模转换为590提供给定电压的大小及极性的变化，同时也为刀架进给量自动跟随工作台转速变化提供实时数据。刀架的调速则考虑把数字开关选定的进给脉冲量，与工作台转速的脉冲量通过PLC进行浮点运算，由FX2N-1PG输出结果脉冲，实时改变进给电机的速率完成调速，这样就实现了进给量大小自动跟随工作台转速进行比较精确的变化，操作人员可根据不同工件的加工要求，改变工作台的转速进给量也会自动跟随发生相应的变化，加工精度比人为的调节有了大幅度的提高。

另外，PLC程序的编制充分考虑操作指令和现场信号，整个操作变得比较简单，工作台的旋转、点动、变档、调速，刀架的进给、点动、快速移动以及横梁的控制，油泵以及相互的联锁保护和显示等功能均有PLC完成。

六、结束语

本机床改造后投入运行一年多来，运行平稳一切性能稳定良好，几乎是在无故障运行，操作简单可靠，工作效率及工件的加工精度得以提高。