西门子6ES7223-1PL22-0XA8规格说明

西门子6ES7223-1PL22-0XA8规格说明

引言

在新开发的产品中有一个型号为Q7的长条铝基台，要在上面加工两个φ3.7×1.65的平底盲孔，由于要求精度高，批量大，故无法用传统的钻模在钻床上加工，也很难在传统铣床上面加工，即使能加工效率也很低，并且设备损耗和电力损耗也很大。此工件的加工有着非常广泛的代表性，生产的很多产品有着类似的要求，为此，我们设计制做了一台用于此类产品加工的设备——通用型数控钻铣床。

一、系统概述

系统构成如图1所示，控制部分采用PLC，并配以人机界面进行程序参数修改、设定，以及运行状态显示监控，可编程设置人机界面的内容。三轴均为全数字交流伺服系统，各轴伺服电机通过连轴器带动滚珠丝杠，以移动配有直线导轨的工作台和主轴铣头，其定位准确，速度快。主轴铣头由变频器控制，根据刀具及工件和进给量，来设置主轴合理的转速，并在程序中设定它的启动停止。各轴均设二端极限传感器和原点传感器，冷却和润滑也都有异常检测，在报警灯和人机界面处显示报警信息。为便于调试和检修，各项操作均设手动功能，如手动各轴快慢移动、主轴高低速旋转、切削液及润滑开关等。此机床整体虽为半闭环控制，只要选件、装配、程序编制及操作合理，精度和稳定性还是能满足使用要求的。

图1

二、硬件配置

PLC选用永宏的FBS-40MCT，该型机具有较高的性价比，体积小，功能强，24点输入，其中有16点高速计数器，频率可达120K，16点输出，其中有4轴步进或伺服输出整合在里面，输出频率可达120K，使应用起来非常方便，接线简捷。编程软件WinProladder有梯形图大师之称，易学易用且功能强大，编辑、监视、除错等操作非常顺手，按键、鼠标并用及在线即时指令功能查询与操作指引，使编辑、输入效率倍增。

接点分配：取各轴伺服电机的Z相信号作原点开关，要分接在几个高速输入点上，用中断进行机床原点复归，其余限位开关、操作开关、液位检知等常规接点可按顺序依次接入。X、Y、Z三轴伺服电机连在前3轴伺服输出点，主轴高低速、冷却、报警等接在其余输出点上。

X、Y、Z3轴伺服系统均选用相同的，和利时的ES系列全数字交流伺服驱动器0040E-CBCEE-02，和60系列小惯量的伺服电机60CB040C-2DE6E。该伺服系统功能比较完善，如能耗制动、电子齿轮、自动加减速等，具备多种脉冲串输入，保护功能也比较完备，有欠压、过压、过流、过载、堵转、失速、位置超差、编码器异常等。在此设备中按集电极开路驱动方式连接至PLC，高脉冲输入频率为200K,伺服ON、Z相信号等也做相应连接。

变频器选用富凌的DZB70B0015L2A，规格为单相1500W，400Hz，有多步速供编辑使用。由于正常使用时不频繁变速，故速度调节设定不引出，只在变频器操作面板上调节，设定两个速度，高速用于加工，低速用于对刀。调节相关参数与主轴匹配，如基频、基压、运行频率上限、载频等，并改动相应跳线。

主轴没有采用传统方式，而是根据加工需要，采用了雕刻机用的电主轴，安阳莱必泰的ADX80-24Z/1型，其体积小、噪音低，直径只有80mm,这样使整个主轴箱便于整体密封，可有效地防止加工中的碎屑飞溅到Z轴的丝杠和导轨上造成损害，也使主轴箱外表显得美观。它的高转速为24000转/分，使正常工作转速6000-14000转有一个合适的余量范围。

人机界面选用人机电子的通用可编程文本显示器MD204L，它可以以文字或指示灯等形式监视、修改PLC内部寄存器或继电器的数值及状态。

三、软件设计

机床工作的流程图如图2所示，开机后先检测手动开关是否有效，若手动开关有效，即利用各手动控制开关执行手动操作的项目。若手动开关无效，则启动原点复归程序，各轴进行机床原点复归，先回Z轴再回其它两

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轴，当所有轴都原点复归成功后才能进行到下一步。若刀具和工装夹具、工件程序均没有变动，可复位到加工预备状态而不进行对刀，若需对刀，则打开对刀开关启动对刀程序，3轴分别对刀，即找工件原点，利用手动各轴移动开关快慢移动各轴，使工件的三个面分别碰触低速旋转的刀具，刚好碰上为止。对好后，按对刀OK确认，再输入刀补，经过程序处理，即形成工件原点也就是编程0点，编程时根据此0点按照图纸计算刀具路径，可使操作者思路清晰，编辑运算简单。操作者编辑的是用户程序，可以编辑刀具轨迹，就是各轴移动坐标，还有移动速度、循环加工时的循环次数等。编好程序后或使用当前程序时，即复位到预备状态：各轴移动到初始位—一个合适的位置，装卸工件方便、不易碰触刀具时，装上工件，按启动即可开始加工，主轴运转，冷却液开，各轴按程序设定坐标移动。当加工结束时，机床复位，即各轴又移动到初始位，主轴停，冷却关，这时可卸下工件，完成加工过程。

图2

工件的加工流程图如图3所示，以Q7产品为例，胎具上一次装夹15只工件，那么就有30个φ3.7的平底盲孔需要加工，刀具选用φ3.7的2刃钨钢立铣刀，钻削加工，钻削深度1.65mm。在预备状态时紧靠工作台上的定位固定好胎具，按启动后，主轴旋转，待主轴即将达到额定转速时，X、Y轴同时运转到加工工位，也就是个孔的X、Y工件坐标值，此时冷却液打开、Z轴快速下降到加工区，即铣刀端面即将触及工件加工面，迅速变用缓慢的工进速度开始钻削加工。当加工深度到达设定深度（1.65mm）时，Z轴带动铣刀迅速抬起，抬起的高度为铣刀端面水平方向上碰触不到工件及胎具为准。计数器加1后程序进行比较运算，判断加工是否完了，如否，则X、Y轴继续运转到下一加工工位，再重复Z轴下降加工动作。如加工完了，产量计数器加数、主轴停转、冷却液关闭，同时发出5s声光报讯，用以提醒操作者，各轴移动到初始位：Z轴到上端；X轴到左端；Y轴到外端。卸下胎具后，一个加工周期完成，装上胎具再按启动即开始进行下一轮加工。

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图3

四、一些着重的电气措施

1. 主回路加装漏电断路器，相应回路都安装合适的断路器。
2. PLC和伺服系统的电源处都分别加有电源滤波器。
3. 各直流继电器线圈都并接反峰二极管，交流接触器线圈并接阻容吸收回路。
4. 润滑、主轴冷却都设液位低报警器。
5. 伺服控制线、人机界面通讯线等使用屏蔽线，并远离电源线。
6. 在拖链内走线，使用耐折的柔性电缆，并尽量增大拖链的弯曲半径。
7. 变频器与PLC、伺服驱动器等保持一定距离。

0、前言

    镗床是冷加工中使用比较普遍的设备它主要用于加工精度、光洁度要求较高的孔以及各孔间的距离要求较为jingque的零件（如一些箱体零件），属于精密机床。T68镗床是应用广泛的一种，其原控制电路为继电器控制，接触触点多、线路复杂、故障多、操作人员维修任务较大。针对这种情况，我们用PLC控制改造其继电器控制电路，克服了以上缺点，降低了设备故障率，提高了设备使用效率，运行效果良好。

    1、改造方案的确定

    1.1 原镗床的工艺加工方法不变；

    1.2  在保留主电路的原有元件的基础上，不改变原控制系统电气操作方法；

    1.3 电气控制系统控制元件（包括按钮、行程开关、热继电瑞、接触器），作用与原电气线路相同；

    1.4 主轴和进给起动、制动、低速、高速和变速冲动的操作方法不变；

    1.5  改造原继电器控制中的硬件接线，改为PLC编程实现。

    2、利用三菱FX2N－48MR PLC对T68镗床的改造

    2.1 主电路

    T68镗床有2台电动机，主轴电机M1拖动主轴的旋转和工作进给，M2电动机实现工作台的快移，M1电动机是双速电动机，低速是△接法，高速是YY按法，主轴旋转和进给都由齿轮变速，停车时采用了反接制动，主轴和进给的齿轮变速采用了断续自动低速冲动。T68镗床的主电路如图1。

  2.2  T68镗床PLC改造I/O分配图（图2）。

  2.3 T68镗床PLC改造梯形图（图3）。

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   3、改造后T68镗床的PLC调试过程

    3.1  M1的正转连续控制

    主轴变速杆SQ1压下：X5置1，进给变速杆SQ3压下：X7置1。

    3.1.1 正转低速起动

    主轴变速手柄—低速—SQ不受压—X11置O。

    按下正转起动按钮SB2—X1置1—M0置1自  锁—Y2、M3、Y0、M2、Y3置l—KM1、KM3、KM4得电—  M1接成△低速全压起动—n↑—KS1（X15创作）—为  反接制动作准备。

    3.1.2正转低速停车：反接制动

    按停车按钮SB1—X0闭合—M3、Y0、Y3置0—  KM1、KM4失电—同时Y1、M2、Y3得电置1—KM2、KM4得电—M1串电阴R进行反接制动—n↓—KS1复位—X15断开—Y1、M2、M3复位置0—KM4失电—M1停车结束。

    3.1.3   M1正转高速起动

    主轴变速手柄—高速—SQ受压—X11置1。

    控制过程同低速类似，按下SB2—X1置1—M0、M2、M3、YO、Y3置1，由于X11置1，使得T0开始延时—KM1、KM3、KM4得电—M1接成△低速全压起动—延时3 s—T0动作—Y3复讨，T1延时0.5 s，Y4置l—KM4失电—KM5得电—M1接成YY高速运行—n↑—KS1(X15)动作—为反接制动作准备。

    3.1.4 正转高速停车

    同正转低速停车类似，采用的是低速反接制动。

    3.2  M1 的反转控制

    同正转低速控制类似，利用SB3、M1、Y2、M5、Y1、M2、Y3、Y4、KS2 来控制实现。

    3.3 M1的点动控制

    止转点动：按SB4—X3置l—M3、YO、M2、Y3置1—KM1、KM4 得电—M1接成△串电阻低速点动。

    反转点动按SB5实现。

    3.4 主运动的变速控制

    主轴变速SQ1：变速完毕，啮合好受压—X5置l；SQ2：变速过程中，发生顶齿受压—X6置1。

    主轴变速操作手柄拉出—SQ1复位—X5置0—若正转状态—反接制动停车—调变速盘至所需速度—将操作手柄推回原位、若发生顶齿现象，则进行变速冲动：SQ2受压—X6置l—M2、M4、Y0、Y3置l—Y1、N2、Y3置1—kM2、KM4得电—M1进行反接制动—n↓—速度下降至1OO r/min—KS1复位—X15置0—K—KM2失电，KM1得电—M1起动n↑—制动n↓—起动—制动……故M1被间歇地起动、制动—直至齿轮啮合好—手柄推上后—压SQ1，SQ2复位，切断冲动回路。变速冲动过程结束。

    3.5 进给变速

    由SQ3、SQ4控制，控制过程同主轴变速。

    3.6 镗头架、工作台的快移

    由快移操作手柄控制，通过SQ7、SQ8即X13、X14控制M2的正反转实现。

    4、结束语

    将以上设计好的PLC程序输入到FX2N－48MR主机以后，连接好输入输出分配和主电路，按照以上的步骤进行调试，调试过程全部通过，完全满足T68镗床的控制要求。

    T68镗床原继电器电路经三菱FX2N系列PLC改造后，虽然PLC一次性投资较大，但改造后的设备大大降低了运行的故障率，提高了设备运行的稳定性和效率，减轻了工人的劳动强度，降低了日常维护成本，并可避免出现因误操作而引起的事故。改造后设备经使用运行，结果表明效果非常好。