基于PLC的超精磨床电气控制系统改造设计

刘庆伦

（中山火炬职业技术学院，广东 中山 528436）

基于PLC的超精磨床电气控制系统改造设计

刘庆伦

（中山火炬职业技术学院，广东 中山 528436）

随着科学技术的不断发展，人们对磨削加工效率和质量的要求不断提高。但是我国目前磨削加工设备与世界先进磨削设备仍然有较大差距，特别是在微型磨削、超精磨削等领域差距明显。因此加强磨削设备的研究和改进，有助于满足我国市场的需求，丰富我国磨削加工设备的品种，对于提高我国加工水平具有积极影响。

PLC；超精磨床；电气控制系统

1 磨床国外国内发展及研究现状

（1）磨床国外发展及研究现状。磨床最早出现于1730年，当时英美等国家分别使用了磨床进行机械加工，但是当时的磨床是在车床的基础上改造得到的，结构简单且加工精度低，存在容易损坏工件的问题。直到1876年，美国夏普公司推出了一款万能磨床，这是第一台具有现代特征的磨床。进入20世纪后，自动检测装置的应用为磨床的发展带来了新的方向；1950年后，高精度磨床的出现为镜面磨削带来了新的动力；1960年，美国推出了一款超高速磨床，速度可达60～80m/s；1970年后，随着电子技术和计算机技术的出现，出现了数字控制磨床，能够满足机械精密加工的需求。

在1970年以前，磨床大多采用传统低压元件作为驱动器，直到1980年电子技术的发展为现代机械加工提供了新的发展方向，世界各国开始制造计算机数字控制（Computer numerical control，CNC）磨床。1985年，美国波兰恩特公司研发了一款能够自动更换工件和自动更换砂轮的磨床，标志着现代磨床进入了自动化控制的阶段，其能够根据加工工序和砂轮磨损程度自动更换工件和砂轮，减少了人工更换工件和砂轮的时间，能够提高加工效率，提高企业的经济效益。随着现代电子技术、计算机技术的不断发展，超精加工的需求不断增长。因此，对于微型磨削加工的要求也不断提升。为了能够进行微型零件的加工，并且保障加工精度和质量，各国积极开展精密磨床的研究，并提出了超精磨床的概念。

（2）磨床国内发展及研究现状。国内磨床发展时间较晚，技术水平与国外相比要低，我国于20世纪50年代末成功研发了第一代电子数控磨床，20世纪70年代初推出了第二代电子数控磨床，20世纪70年代中期推出了第三代集成电路数控磨床，20世纪70年代末期推出了第四代计算机数控磨床及第五代微处理器控制数控磨床。1990年以后，我国磨床发展虽然取得了一定的进步，但是从整体加工水平和数量分析，无法满足现代微型工件加工的需求，并且国内在精细、高端工件加工方面都是采用国外先进的数控系统，仅有精度要求低、经济型的零件加工才会使用国内数控系统。从中可以推断，我国数控磨床的发展无法满足国内市场的需求，国内磨床加工精度低，与国外磨床发展相比，仍存在一定的差距。目前许多磨床制造企业纷纷与各地研究院进行合作，从而满足我国机械加工的需求。

（3）磨床发展趋势。①现代化技术包括高速轴技术、高速驱动技术以及高精度导轨等技术，能够让磨床拥有更高的加工速度和精度，有助于保障微型零件的使用性能。②磨床功能的丰富能够满足现代加工的多种需求，有助于减少购买其他加工设备的成本，提高企业经济效益。③零件的性能和质量是加工的首要目标，无论是微型零件或是普通零件，其精度和质量的要求也不断提升，尤其是对于微型零件来说，磨削加工的要求也不断提升。④随着现代电子技术和数控技术的不断发展，磨床逐渐向智能化发展，能够实现故障诊断并通过通信技术向控制中心发出报告，有助于减少人力管理。⑤随着人们环保意识的增强，机械设备的环保性能也越来越受到社会各界的重视，磨床正逐渐向低能耗发展。

2 基于PLC的超精磨床电气控制系统改造设计

（1）传统超精磨床电气控制系统。传统的超精磨床电气控制系统的电气部分主要是由砂轮、冷却剂及液压泵组成，其中冷却剂是由接触器实现控制的，液压泵则是由另一个接触器实现控制的，三台机电均由继电装置进行电路保护。砂轮和冷却剂共用同一个过热继电器，其主要负责过载保护，而液压泵则是由另一个过热继电器实现过载保护。磨床的磨削功能主要是通过砂轮的高速旋转实现的，辅助功能为工作态度的移动运动、砂轮架的横向运动以及垂直轨道运动。一个工作循环的主要流程为：工作台完成往返运动后，砂轮架进行一次不连续的横向进给运动，待平面加工完成后，砂轮架进行一次不连续的垂直进给运动。

（2）基于PLC的超精磨床电气控制系统。首先要确定PLC型号，通过分析加工要求和精度，本次研究采用的是OMRON C60P系列产品，该系统拥有较多的输入点和输出点。该磨床电气结构主要是由润滑机、冷却剂、驱动机以及振动机等设备组成的，在正式加工前，先将润滑机和冷却剂开启，然后再将驱动机打开，然后工件从磨砂经过后，再进行精磨处理，然后通过振动机实现零件的超精加工，保障加工的准确性。然后要确定各机电设备的保护装饰，四台机电都需要设置相应的开启和关闭按钮，能够起到较好的控制措施，同时每个设备都需要设置一个环节开关。

（3）基于PLC超精磨床电气控制系统设计。①该系统主要由工作区区域、配线区域、干线区域、管理区域、设备间区域等组成。在布线设计过程中，要综合考虑语音、数据、图像等数字信息以及多媒体、网络系统和自控系统等方面的要求，要满足语音等信息数据的互通，采用国家统一标准的配件，预留足够的空间，从而满足用户的需求。在设计前，需要了解加工要求，确定各级系统的配置和要求、信息通讯的实际需求等。②需要遵循国家相关标准和建设原则，设计时需要考虑到用户的要求，并充分预留足够的空间，适应未来科学发展的需求。此外，考虑到智能化系统需要实现各系统之间的信息共享，从而保障各系统之间的科学性、合理性以及兼容性，能够符合各厂家生产的产品要求，让系统能够适应现代科技进步的发挥。③安全系统包括监控体系、警报系统。监控体系设计的主要目的是实现对各个设备以及系统重要功能和功能场所进行科学管理，每个设备都有其功能，需要选择不同规格的监控器。监控中心的录像中必须记录下监控机的编号、位置、时间以及日期等方面的信息。警报体系需要采用自动化故障诊断系统，同时安装报警器，系统操作采用windows系统，能够实现警报信息处理以及信息查询等功能。④系统需要合理利用各项资源，尽量减少对设备功能区域的占用，各机电设备需要按照“同地共用”的原则进行建设，在设计过程中要明确各设备资源配置，并充分考虑到未来的容量。⑤该系统主要利用了现代信息技术和通信技术，将建筑内的智能设备向连接，采用信息技术和集成技术形成一个完整的系统，在计算机网络的基础上，利用windows系统实现人机互交，能够跨平台访问数据库，并建立智能化管理系统，从实现对控制系统的综合管理和信息共享，进而为设备运行、维修管理、故障检测等方面起到较好的应用效果。

3 结语

文章首先介绍了磨床国外国内发展及研究现状，然后提出了基于PLC的超精磨床电气控制系统改造设计，旨在推动我国超精磨床电气控制系统发展。

［1］孟艳君,刘超.基于PLC的M7475磨床电气控制系统改造［J］.装备制造技术，2013，23（3）：68-69.

［2］王一勤.基于PLC的电解成型磨床电气控制改造［J］.机床电器，2014，36（2）：46-48.

［3］马汝彩.平面磨床电气控制系统的PLC改造［J］.机床电器，2012，39（5）：32-35.

［4］孙福才,雍丽英.PLC在M7130型平面磨床中的应用［J］.黑龙江冶金，2014，23（2）：32-33.

［5］胡海斌.3MZ208轴承套圈内圆磨床电气控制系统的改造［J］.轴承，2016，23（9）：15-17.

［6］侯玉秀.用PLC改造M8820轴承磨床的电气控制系统［J］.长春理工大学学报，2014，27（3）：61-63.

Transformation Design of Electric Control System for Ultra Precision Grinding Machine based on PLC

LIU Qing-lun
（Zhongshan Torch Politechnic，Zhongshan，Guangdong 528436，China）

With the continuous development of science and technology，the grinding efficiency and quality of the requirements continue to improve.However，there is still a big gap between the grinding equipment and the advanced grinding equipment in the world，especially in the field of micro grinding，ultra precision grinding and so on.Therefore，strengthening the research and improvement of grinding equipment is good to meet the needs of our market，to enrich the variety of grinding equipment in China，to improve the level of processing.

PLC；ultra precision grinding machine；electric control system

TG580.2

A

2095-980X（2017）02-0088-02

2017-02-07

刘庆伦（1982-），男，山东烟台人，硕士（在读博士研究生），讲师，主要研究方向：超精密铣削加。