浅谈PLC与触摸屏技术在普通车床改造中的应用

摘 要：在我们国家机械制造行业目前还在使用比较落后的普通机床，数控机床总量大约12万台，还不到国家机床总量的3%。 美国、日本、和欧洲发达国家早就在进行普通机床的数控改造，他们把机床改造业作为新的国民经济增长支柱行业，发展迅速。随着社会的进步，科技的不断更新，机床的技术改造也日新月异，机床改造是个“永恒”的话题。我国的机床改造业也在逐渐发展为以数控为主的新的行业。

关键词：PLC；触摸屏；数控；车床改造

1 普通车床数控改造的意义

随着社会工业自动化的发展，传统的继电器/接触器控制系统已不能满足当今社会工业自动化控制的需要，可编程控制器（PLC）技术是微机技术与传统的继电器/接触器的控制技术相结合的产物，是当今和未来技术发展的必然趋向！

数控车床的高精度、高效率决定了未来机械加工行业数控机床的主导地位，大力发展数控车床是当前机械加工的需求。普通车床生产的产品越来越不能满足机械加工的要求，普通车床的数控改造是社会发展的必然趋势，势在必行。将普通车床改造成数控车床有如下几个优点：

（1）节约成本。由普通车床改造好的数控车床的成本只有新购置的数控车床的一半左右。 车床的型号越大改造节约的成本就越高，还可以充分利用原有基地，不用运输和安装；

（2）性能稳定。改造前的普通车床各个部件经过长期时效，不会产生应力变形，而影响车床的稳定；

（3）提高生产效率。普通车床数控改造后和数控车床一样能实现自动化加工，大幅度的提高了生产效率，零件越复杂，提高的效率就越多，还节约了工装时间。

2 PLC与触摸屏控制系统设计

CA6140卧式车床采用传统的继电器控制系统实现电气控制，接线多而复杂，体积大，功耗大，可靠性差，生产效率低，难以满足现代化生产的需求。现如今PLC技术在CA6140车床改造中得到了应用。目前CA6140型车床是一种应用范围非常广泛的普通车床。为了提高了CA6140车床的可靠性和生产效率，适应新形势企业生产需要，采用PLC与变频器控制相结合的技术对车床的电气控制系统进行改造，采用 PLC与触摸屏控制系统取代传统继电器的逻辑控制线路部分。输入部分为车床控制系统的控制按钮 ，速度继电器监测主轴电动机正反转的正反向常开触点、热继电器常闭触点 ，输出部分为机床控制系统的接触器线圈 ，中间继电器线圈、照明灯。

本设计以PLC与触摸屏控制系统取代传统的继电器控制部分，主要内容如下：

2.1 车床机械部分的调整与设计

普通车床的数控改造为了发挥数控系统的先进技术性能，提高生产效率，无论是车床的外型还是车床的机械控制部件都要进行调整与改进。

（1）床身：普通车床的数控改造，生产效率明显提高，机床利用率提高了所以要充分考虑车床零件的耐磨性，尤其是车床导轨的耐磨性。

（2）主轴变速箱：普通车床的数控改造，为了提高生产效率和表面质量，要求主轴变速箱有足够的变速范围（1～16）以便保证在加工时选择合理的切削速度，主轴变速箱的改造根据具体情况进行改造。

（3）拖板：普通车床的数控改造，主要通过数控系统来直接控制拖把。由于拖把由数控系统控制，所以车床改造后的拖板除了保证拖板及其配件精度，还应满足传动精度和灵敏度要求。采用柔性调整法和刚性调整法来消除配对齿轮之间的传动间隙来满足传动精度和灵敏度要求；在传动装置的布局上采用减速齿轮箱来提高传动扭矩和传动精度；改用滚珠丝杠代替原滑动丝杠，提高传动灵敏性 。

（4）自动换刀装置： 数控车床的刀架是车床的重要组成部分。刀架用于安装刀具，普通车床一般有4个刀位，车床改造后的刀架的刀位数应该与改造前的刀位数相同，所以本次设计选用立式转位刀架，有4个刀位。

（5）拖板箱：改造后的车床采用数控系统控制。在原车床上拆除拖板箱，安装新拖板箱，新拖板箱固定在滚珠丝杠的螺母上。拆除走刀箱、挂轮箱，在此两个位置分别装拖板轴向伺服元件功率步进电机及减速箱和控制螺纹加工的主轴脉冲编码器。改造后车床还应该拆除原车床操纵杆，变向杠、立轴等杠杆零件。

2.2 控制系统硬件选型与设计

（1）交流接触器的选择：交流接触器选用CJ20系列，选用CJ20—63型交流接触器，用来控制主轴电动机；选用CJ20—10型交流接触器用来控制冷却泵电动机和快进电动机。

（2）中间继电器的选择：中间继电器选用型号为JZ7-44。

（3）保护电器的选择：主轴电动机电路、冷却泵电动机电路、快进电动机电路与控制电路的熔断器分别选用RL1-100/100、RL1-15/2、RL1-15/6、RL1-15/2。 主轴电动机电路热继电器选用JR36-63，整定电流60A；冷却泵电路热继电器选用JR36-20，整定电流为：0.36A。

（4）速度继电器型号的选择：本次设计选用型号为JY1型速度继电器。

（5）PLC选用三菱PLC FX2N系列。

（6）触摸屏使用日本三菱公司的触摸屏，选择的型号为：GT1155-QSBD-C。

2.3 控制系统软件设计

（1）触摸屏人机界面设计本次设计使用GT Designer3软件进行设计，本次设计5幅人机画面 ，即，开机画面，系统监控选择画面，主轴电机监控画面，冷却泵电机监控画面，快进电机监控画面。

（2）触摸屏供电电源开关电源选择：选择开关电源型号为：S-50-24 2.1A/24V。输入电压为交流220V，功率为：50W，输出电压24V，输出电流2.1A。

（3）PLC与触摸屏屏控制系统联机 。

作者简介： 高明（1978-），男，湖南汨罗人，本科，中学一级教师，在职硕士研究生，研究方向：电气控制。endprint