基于S7―200 PLC的龙门刨床自动走刀系统改造

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇基于S7―200 PLC的龙门刨床自动走刀系统改造范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

【摘 要】本文针对龙门刨床机械式走刀量控制机构的结构特点，采用PLC为主控制器，以变频器作为驱动电源，通过高精度的接近开关采集走刀电机减速齿轮的脉冲信号来进行计数控制，结合变速箱传动机构，研制了一种龙门刨床刀架自动走刀控制系统。实践表明该系统设计合理，操作方便，运行可靠，性价比高，可移植性强，可广泛应用于各型龙门刨床、单臂刨床的刀具进给系统的电气改造。

【关键词】龙门刨床；刀架进刀机构；PLC；变频调速器

1 改造需求

我厂的铸铁公司的B2152型龙门刨床由于使用年限较长，电气及机械系统严重老化，走刀系统经常出现故障，无法正常生产。国产龙门刨床的走刀系统一般采用超越离合器，并分“快速”、“空”、“自动”三个挡，刀架的选择也是由换挡实现。“快速”挡用于对刀时迅速调整刀架的位置；“自动”挡用于正常刨削，在工作台前进换后退时电机反转，作走刀准备，在工作台后退换前进时电机正转，刀架移动，通过调整超越离合器的行程来调节走刀距离，在刻度盘上的指示。由于该机构比较复杂，进给电动机频繁正反转，机械冲击大，电器故障多，因此超越离合器磨损特别快，在使用一段时间后经常出现刀架不走刀或走刀不均匀的情况，而且经常出现机械卡死的现象，严重影响加工的质量和效率。

2 改造方案

2012年9月，由于机械磨损无合适配件更换，经多次维修仍存在走刀不均匀的情况，决定对电气部分走刀控制系统进行PLC改造。刨床进给电机的额定功率为1.7kW，改造前启动电流为4.5A，额定电流为1.5A，考虑到将进给电机更换为变频电机后电机大部分时间运行频率低于50Hz工频，无需长时间满负荷工作，故选用1.5kW的变频电机和变频器即可满足需要，并选用性价比较高的森兰SB60G1.5变频器。该变频器的参数为：电机容量1.5kW，输出额定容量2.4kVA，额定电流3.7A；电压0～380V 0～400Hz，过载能力150%，持续1分钟。改造后走刀电机的电气原理图如图1，采用西门子s7-200 plc作为控制器。

图1 电气原理图

设进给电动机的转速为n转/分，每次进给时转动的时间为t秒，传动丝杠的螺距为L毫米，则走刀量δ为：δ=t×n×L/60（mm） （1）

（1）式中传动丝杠的螺距为L是固定的，刀架进给时，由PLC通过变频器控制刀架进给电机的启动和停止，走刀量δ则由每次电动机运转的时间t和电动机的转速n决定。

PLC系统可以每隔0.1s实现一次递进控制，这样就可以通过控制电机的转动时间，实现对走刀量的控制。引入原刀架走刀控制继电器的开关信号作为变频器驱动的使能信号，通过钮子开关对刀架常用的走刀量进行编码，调整走刀量时只需按表1所示操作相应的钮子开关，去掉了超越离合器的部分，在改造后只需要“快速”挡，省去了劳动强度较大的机械换挡操作。

另外，由于龙门刨床在进行较小走刀量进给作业时每个走刀周期很短，采用PLC计时的控制方式无法满足加工精度。为此，我们在进给电机输出端增添了减速比为1：3的减速齿轮，并且采用了具有较高分辨率和较高精度的接近开关对减速齿轮运转时转过的齿数进行计数，从而精确地控制进给电机的运转时间，获得稳定的走刀量。

3 参数设置及程序

由于变频器在低速时输出转矩较小，带载能力较弱，我们将变频器的转矩提升参数F103由默认值10改为13，速度上升、下降时间都设为0.1s，从而克服了低频时输出转矩小的问题。

针对龙门刨床的走刀量可调范围宽、走刀时间短的特点，我们经过许多次现场调试，反复比对并调整各个设置参数，得到大量的试验数据。最终，我们确定将自动进刀状态分为低速段、中速段和高速段三个速段，将变频器运行频率分别设为3.5Hz、15Hz和40Hz，点动状态时频率也设为40Hz。并且，0.2mm～1.5mm的走刀量采用脉冲计数的方式控制电机通断，2mm～20mm的走刀量采用计时的方式控制电机通断，脉冲数和计时时间设置。图2为主要的PLC程序。

图2 PLC程序

3 结语

实践证明，利用变频电机、PLC和变频器结合起来改造刨床走刀系统，取消了原来故障率较高的离合器，为用户节省了大量的修理资金，同时提高了设备开动率，减少维修台时，为用户增加了效益，另外，改造后操作更为方便，降低了操作工的劳动强度，而且改造成本低，具有较高的实用价值，值得各单位借鉴。

参考文献：

[1]王飞.龙门刨床刀架进刀机构的改进.制造技术与机床，2005（12）.

[2]步勇兵，成忠国.变频器改造龙门刨床走刀.设备管理与维修，2002（09）.

[3]许明新.变频技术及PLC在龙门刨床中的应用.机车车辆工艺，2001（02）.