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立式车床是机电设备的一种，它的自动化程度要求很高。通常用于冶金工业，或者车制大型工件。因为接触控制点多，电子控制系统出现故障率很高，检修时检修周期长。长时间的使用立式机，导致电气控制系统线路老化，频繁的发生继电器故障，检修时维修十分困难。随着PLC技术的出现，对传统车床的数控改造成为很多企业和研究院所研究的课题，PLC克服了在复杂的机械接触多及传统的控制系统接线中，继电器触点可靠性低、能耗高、灵活性差等缺点。本文将完成C5116A立式车床的数控化改造整体方案的设计，设计方案包括对数控系统的选择、伺候驱动系统改造和外围电路方案。
一、车床机械系统改造方案
C5116A立式车床属于中小型不锈钢类轴类、盘类的加工，主要需要完成的功能有主轴变速、主轴制动、主轴点动控制、刀架选择、刀速调整、进刀方向调整、横梁运动、横梁放松、横梁加紧控制，从上诉功能能分析，需要对车床的机械系统进行一些改造，机械系统改造方案如下：
1.主轴调速方式改造
主轴调速有两种方式，一种是选择采用交流主轴电机控制，采用交流控制方式具有精度高、速度快、可控性好的特点，但是交流主轴在转速较低的时候具有不稳定的缺点。另一种方式是直流主轴电机，目前这种电机产品均是一些全数控化的产品具有很好的稳定性和可控性，但是精度没有交流控制方式的好，直流伺候电机具有机械线性控制性能较好，可调整的反问大的特点，因此在本次车床改造中根据C5116A的实际情况选用了直流主轴电机进行调速。直流主轴电机选型如下：
2.主轴编码器安装
为了是先对螺纹的加工，因此在本次改造中引入了主轴编码器，实现了对主轴转速的调整和监控。同时增加了同步齿型连接皮带，实现对数控系统的反馈控制，这样就形成了控制的半闭合环。
3.刀架改造
为了实现自动换刀的要求，设计将原有的手动刀架换成数控自动刀位，拆除侧面手控换刀架。
4.传动丝杠改造
目前使用的是普通的传动丝杠，这种丝杠不适用于机床数控化的需要，需要将普通传送丝杠改造成滚珠丝杠，滚珠丝杠具有可靠性高、机械磨损小、使用寿命长等特点。尤其对车床加工启动的过程中，丝杠的震动对加工的稳定性有极大的影响，而滚轴丝杠在启动过程较为平稳，没有颤振。
5.防护设施改造
在车床运行过程中会出现大量的油污，因此需要对丝杠、齿轮箱进行有效的保护，油污进入这些设备后会产生较大的影响，因此需要增加防护设备。
二、车床电气系统改造方案
根据电路改造的方案，需要完成以下内容的设计：
1.设计主电路图设计，主电路图完成整个控制电路结构和连接方式的控制，主电路图设计的质量将直接影响到系统的稳定性和可靠性，同时主电路图的设计将给后续的故障排查工作带来决定性的作用。
2.能耗制动电路图设计，能耗制动电路是对系统中正在运转的电机实施制动的一种方式，通过将交流电源切换到直流电源利用惯性抵消产生制动力矩而达到制动目的。这个电路的设计将影响到电机的制动效果和准确性。
3.启动电路图设计，该电路起到降低启动电流的作用，通过采用牺牲功耗而到达降压的目的。
4.电子器件的选择，在电路图设计好以后就是电子器件的选择，为了保证车床改造功能的顺利实施，本系统在电子器件的选择上采用了选择成熟稳定常用的电子器件，选择成熟稳定的电子器件主要是这些器件在性能上能够保证使用需求，同时不会因为器件的不稳定而产生意外的情况，选择常用的器件，主要是考虑未来进行器件维修替换的方便。
三、车床软件控制系统改造方案
车床软件控制系统改造设计了两种方案，一种是采用三菱电机提供了PLC编程工具，直接对PLC系统进行编程，这种方法的好处是流程简单，但编程难度偏大，第二种方案采用软PLC系统进行实现，通过设计一套软PLC系统，使操作员可以直接使用pc机友好的操作界面完成对PLC系统的编程。这种方案需要设计一套软PLC系统，但该方案的可扩展性很好，能够适应未来进行车床编程和改造的需求。
根据车床改造的实际需求，最终确定了采用开发一套软PLC系统的方式完成控制系统的改造。对软PLC系统有如下要求：
1.具有友好的图形化操作界面，本单位的操作人员具有一定的可视化软件操作能力，需要按操作员的操作习惯设计操作界面。
2.简单便捷的操作菜单或操作按钮，操作界面不要求复杂，所设计的按钮功能需要简介大方，功能明确易用。
3.明确的错误提示，对于编程中出现的错误能够进行明显的提示，并却能够提供简单的帮助。
根据对车床作业的工作流程的调研软PLC系统需要完成以下功能：
3.1需要提供梯形图和指令语句表的设计界面，根据业务的实际需求依据三菱PLC的指令格式和梯形图格式，设计一套能够进行梯形图设计和语句表设计的软件界面。能使工作人员采用快速简单实现梯形图设计和指令语句设计。
3.2完成梯形图的生成，根据三菱PLC特性和软PLC的特性，生成更够共PLC使用的梯形图。
3.3完成指令表的生成，根据梯形图的内容生成指令表，供执行系统使用。
3.4完成与运行系统的通信，将指令表发送给运行系统。
3.5完成运行系统对接口电路的控制，通过运行系统的板卡读取外围控制设备的地址，实现对外围设备的控制。
根据车床改造的功能需求，软PLC系统功能结构设计：
3.5.1编辑模块。编辑模块是用户最终使用的内容，也是用户使用最多和最直接的内容，该共模块共需要提供梯形图编辑功能、指令语句便捷功能和图形库管理功能，该模块需要具有直观的编辑界面和标准的编程功能。
3.5.2编译模块。编译模块是对用户编辑程序进行转换，将用户编写的梯形图转换成指令语句，转化的规制是更具指令表的内容进行的，该模块还需对指令表进行管理。
3.5.3执行模块。执行模块是完成指令代码执行，通过在数据区域数据的读取，形成HAL配置文件，通过HAL配置文件的使用，执行设备控制工作。
3.5.4通信模块。通信模块完成编辑模块、编译模块与运行系统的通信工作，将软件编程系统的输出传送给运行系统。
一、车床机械系统改造方案
C5116A立式车床属于中小型不锈钢类轴类、盘类的加工，主要需要完成的功能有主轴变速、主轴制动、主轴点动控制、刀架选择、刀速调整、进刀方向调整、横梁运动、横梁放松、横梁加紧控制，从上诉功能能分析，需要对车床的机械系统进行一些改造，机械系统改造方案如下：
1.主轴调速方式改造
主轴调速有两种方式，一种是选择采用交流主轴电机控制，采用交流控制方式具有精度高、速度快、可控性好的特点，但是交流主轴在转速较低的时候具有不稳定的缺点。另一种方式是直流主轴电机，目前这种电机产品均是一些全数控化的产品具有很好的稳定性和可控性，但是精度没有交流控制方式的好，直流伺候电机具有机械线性控制性能较好，可调整的反问大的特点，因此在本次车床改造中根据C5116A的实际情况选用了直流主轴电机进行调速。直流主轴电机选型如下：
2.主轴编码器安装
为了是先对螺纹的加工，因此在本次改造中引入了主轴编码器，实现了对主轴转速的调整和监控。同时增加了同步齿型连接皮带，实现对数控系统的反馈控制，这样就形成了控制的半闭合环。
3.刀架改造
为了实现自动换刀的要求，设计将原有的手动刀架换成数控自动刀位，拆除侧面手控换刀架。
4.传动丝杠改造
目前使用的是普通的传动丝杠，这种丝杠不适用于机床数控化的需要，需要将普通传送丝杠改造成滚珠丝杠，滚珠丝杠具有可靠性高、机械磨损小、使用寿命长等特点。尤其对车床加工启动的过程中，丝杠的震动对加工的稳定性有极大的影响，而滚轴丝杠在启动过程较为平稳，没有颤振。
5.防护设施改造
在车床运行过程中会出现大量的油污，因此需要对丝杠、齿轮箱进行有效的保护，油污进入这些设备后会产生较大的影响，因此需要增加防护设备。
二、车床电气系统改造方案
根据电路改造的方案，需要完成以下内容的设计：
1.设计主电路图设计，主电路图完成整个控制电路结构和连接方式的控制，主电路图设计的质量将直接影响到系统的稳定性和可靠性，同时主电路图的设计将给后续的故障排查工作带来决定性的作用。
2.能耗制动电路图设计，能耗制动电路是对系统中正在运转的电机实施制动的一种方式，通过将交流电源切换到直流电源利用惯性抵消产生制动力矩而达到制动目的。这个电路的设计将影响到电机的制动效果和准确性。
3.启动电路图设计，该电路起到降低启动电流的作用，通过采用牺牲功耗而到达降压的目的。
4.电子器件的选择，在电路图设计好以后就是电子器件的选择，为了保证车床改造功能的顺利实施，本系统在电子器件的选择上采用了选择成熟稳定常用的电子器件，选择成熟稳定的电子器件主要是这些器件在性能上能够保证使用需求，同时不会因为器件的不稳定而产生意外的情况，选择常用的器件，主要是考虑未来进行器件维修替换的方便。
三、车床软件控制系统改造方案
车床软件控制系统改造设计了两种方案，一种是采用三菱电机提供了PLC编程工具，直接对PLC系统进行编程，这种方法的好处是流程简单，但编程难度偏大，第二种方案采用软PLC系统进行实现，通过设计一套软PLC系统，使操作员可以直接使用pc机友好的操作界面完成对PLC系统的编程。这种方案需要设计一套软PLC系统，但该方案的可扩展性很好，能够适应未来进行车床编程和改造的需求。
根据车床改造的实际需求，最终确定了采用开发一套软PLC系统的方式完成控制系统的改造。对软PLC系统有如下要求：
1.具有友好的图形化操作界面，本单位的操作人员具有一定的可视化软件操作能力，需要按操作员的操作习惯设计操作界面。
2.简单便捷的操作菜单或操作按钮，操作界面不要求复杂，所设计的按钮功能需要简介大方，功能明确易用。
3.明确的错误提示，对于编程中出现的错误能够进行明显的提示，并却能够提供简单的帮助。
根据对车床作业的工作流程的调研软PLC系统需要完成以下功能：
3.1需要提供梯形图和指令语句表的设计界面，根据业务的实际需求依据三菱PLC的指令格式和梯形图格式，设计一套能够进行梯形图设计和语句表设计的软件界面。能使工作人员采用快速简单实现梯形图设计和指令语句设计。
3.2完成梯形图的生成，根据三菱PLC特性和软PLC的特性，生成更够共PLC使用的梯形图。
3.3完成指令表的生成，根据梯形图的内容生成指令表，供执行系统使用。
3.4完成与运行系统的通信，将指令表发送给运行系统。
3.5完成运行系统对接口电路的控制，通过运行系统的板卡读取外围控制设备的地址，实现对外围设备的控制。
根据车床改造的功能需求，软PLC系统功能结构设计：
3.5.1编辑模块。编辑模块是用户最终使用的内容，也是用户使用最多和最直接的内容，该共模块共需要提供梯形图编辑功能、指令语句便捷功能和图形库管理功能，该模块需要具有直观的编辑界面和标准的编程功能。
3.5.2编译模块。编译模块是对用户编辑程序进行转换，将用户编写的梯形图转换成指令语句，转化的规制是更具指令表的内容进行的，该模块还需对指令表进行管理。
3.5.3执行模块。执行模块是完成指令代码执行，通过在数据区域数据的读取，形成HAL配置文件，通过HAL配置文件的使用，执行设备控制工作。
3.5.4通信模块。通信模块完成编辑模块、编译模块与运行系统的通信工作，将软件编程系统的输出传送给运行系统。