基于PLC的C650车床控制系统设计
摘 要：针对老式车床故障多，检修麻烦，线路复杂，越来越不适应当今工业生产要求的问题，在对其电气原理和控制要求进行分析后，本文提出了用PLC对车床的控制系统进行改进的新方法。 本设计从车床控制需要的I/O点数、性能价格比的高低、各控制功能的实现及优化等方面考虑，主要进行了车床电气原理分析、控制元件的选择、PLC的I/O点分配以及控制系统的梯形图程序设计等过程。PLC控制系统硬件接线少、消耗功能低、反应速度快、工作稳定、功能强大。用PLC控制系统来取代车床原有的控制系统，能使车床在改变控制要求时更为方便，配合合适的程序，还可实现自动加工功能。
关键词：C650卧式车床；电气控制原理; S7-200PLC；梯形图
Control System of The c650 Lathe Design Based on PLC
Abstract:For traditional turning lathes having many examples of machine malfunctions, maintenance of troubles, circuit complexities, it’s not fit for the industrial production requirements nowadays more and more. After analyzing electrical schematics and control requirements, a new method was put forward by which using PLC to transform the control system of the turning machine. The design considered many aspects such as I / O points of the controlled object, ratio of the cost-performance, implementation and optimization of the control functions, as well as other sides. Thus mainly analyzed the control principles, the control devices selections, PLC's I / O points’ distributions and the process of control systems FIG programs. PLC control system has less connections, small size, low power consumption, higher control speed, higher reliability, more complete functions and many other advantages. Electrical control systems used in place of the relay control logic, together with the appropriate control system, which creates richer control functions of machine and makes more elevated automation level.
Key words: C650 Horizontal Lathe; Electrical Control Principle; S7-200 PLC; Ladder
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引言
近几十年来，工业生产越来越趋近于现代化、自动化。车床作为机械加工工业必不可少的设备，在工业生产中拥有重要的地位。而传统的电气控制车床由于自动化水平低、线路复杂、故障率高、检修麻烦等一系列因素。已经越来越不适应现代化工业生产的要求，正逐渐被数控车床所取代老式的车床全部废弃不用，会造成大量的资源浪费，所以对传统车床进行改造是一条不错的出路。近几十年来，PLC的出现，为工业控制开辟了一片新天地，给工业控制带来了史无前例的变革。随着技术越来越成熟，PLC的功能也越来越全面，已经成为许多控制领域的核心器件。古被设计采用PLC对车床的控制系统进行改造，这大大的简化了车床的硬件线路，降低了车床的故障率，而且辅以合适的程序，可大大提高车床的自动化水平，实现简单的数控功能，是传统车床重新焕发新的生机。
1. 车床改造的背景意义及研究状况
1.1 车床改造的背景及意义
现今社会，随着各种技术的发展，工业控制要求越来越严格。车床作为加工各种回零器件的机械，在工业生产中必不可少。上世纪中期数控技术应运而生，发展迅猛，为机械制造业开辟出一片崭新的天地。数控加工具有如下特点：加工柔性好，加工精度高，生产率高，减轻操作者劳动强度、改善劳动条件，有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高[1]。老式的车床采用的控制系统，接线非常复杂，精度低，出现故障不易维修，一旦系统形成，想增加变动功能也十分不易，并且一旦出现故障，检查复杂，维修不便，工作效率低，已逐渐被各种数控机床取代。但是由于数控机床需要编程，对于数量小的特殊零件，单独编程生产得不偿失，所以仍需要传统车床进行生产。
随着工业现代化进程越来越深，机床设备数控化率已经变成评价一个国家制造工业现代化水平的主要标志。我们国家工业起步晚，虽说近几十年发展迅速，但与欧美日本等国家相比差距很大，这严重的制约了我国机械制造业的发展。而机械制造业事业个国家工业的基础和关键，所以，渐渐提高我国机床的数控化比率，己经变成我国制造技术发展的总趋势，是我国实现工业现代化的重要因素之一。而这有两条路可走:一是生产或进口新的数控机床;二是对我国现有的传统机床加以改造。
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我国拥有基数极大的传统老式机床，对于一个像我们这样处于经济高速发展期的国家，对旧机床进行改造，是一个极其有方便快捷且成效显著的方法。 1.2 车床改造国内外研究现状
在欧美和日本，这些先进的工业国家除了大量制造数控机床，也有许多专门对旧机床进行改造公司，尤其近年来受各种因素影响，欧美日本等发达国家受经济危机影响，机床制造业大受打击，而机床改造却因为需要成本低、见效快，而成为为为数不多的经济增长行业，生机盎然，正处于发展的鼎盛时期。用数控技术改造机床和生产线以其独有的特点广受欢迎，已逐渐发展成为一个新行业。由于我国工业起步较晚，车床改造仍处于研究阶段，不少高校和科研院所已提出相应课题，取得了不少的研究成果，相信不就得将来车床改造在我国也会成为一个新兴产业快速发展起来。
2. C650卧式车床
2.1 C650卧式车床简介
C650卧式车床属于中型车床，可加工的最大工件回转直径为1020mm，最大工件长度为3000mm。它主要由床身、光杆、丝杆、尾座、刀架、主轴变速箱、进给箱、和溜板箱等组成[2]。C650卧式车床如图1所示。
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图1 C650卧式车床
工艺过程：车床有三种运动形式，主运动是工件的旋转运动,工件由车床上的卡盘固定好，在主轴的带动下做旋转运动，它克服车削加工时所产生的绝大部分阻力；进给运动即为溜板驱动刀架做纵横移动；辅助运动是刀架进行快速移动，尾座的前后移动以及卡盘对工件的卡紧和松开。通常要考虑被加工零件的材料属性、零件的尺寸及精度、车刀选型、加工方式和冷却条件等因素，然后选取合适的切削速度，以免损坏工件或刀头[3]。其工作过程过程如下：
（1）正常车削加工时机床正转，但在加工螺纹时，工件吃刀不能太深，否则会崩坏刀头，所以需要多次往复加工。一次加工完毕后要反转退刀，为下次加工做准备。为避免乱扣，这就要求工件的转速同刀具后退的速度要保持与车削加工时转速和进给速度一样的比例。
（2）C650卧式车床主轴由主电动机M1驱动，M1正转，主轴正转，M1反转，主轴反转。
（3）主电动机长动时使用直接启动的方法，既可以正转，也可以反转，为便于对刀，还配有点动功能，点动时采用串电阻减压启动。因为加工时工件及卡盘夹子的重量比较大，加工时转速也比较高，会产生较大的转动惯性，停车时因受惯性影
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响不会立即停止转动，所以必须有停车制动功能，C650车床的停车制动使用速度继电器的通断来控制主电动机来实现反接制动，使生产时的安全和效率得到保障。
（4）车削加工中，由于摩擦生热，会产生大量的热量，如果不加以冷却，会损坏工件和刀头，所以车床还配有冷却系统，由M2驱动冷却泵为车床供应冷却液。 （5）车床主电路上的M3是快速移动电动机，启动后可带动刀架快速移动，可以提高工作效率，降低劳动强度。
（6）车床通过主轴箱调节速度，主轴箱外有控制手柄，变换不同的位置，可由不同的齿轮转动比改变主轴的转速，以便用不同的速度来加工材料性质不同的工件，提高工件的质量和生产的效率。 2.2 C650卧式车床改造主要内容
（1）主电动机M1长动时，使用不经限流电阻直接启动的方式。
（2）主电动机M1既能正向持续运行，也能反向持续运行。停转时，使用反接制动的方法抵消转动惯量实现快速停车。
（3）主电动机M1可以正转点动串电阻低压启动。 （4）原车床的工艺加工方法不变。
（5）保留原车床控制系统中按钮、手柄等手动控制元件的作用。 2.3 C650车床的电气控制原理
车床电路相当复杂，但根据各个电路的功用区分，大体由主电路，照明电路和控制电路三部分组成[4]。具体的电气线路如图2所示。
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