基于PLC控制的车床主轴数控系统设计

3 主轴数控系统设计与实施

　　3.1 主轴变频器调速系统电气控制实施

　　主轴采用7．5KW以下的普通变频器控制交流变频电机实现调速，变频器选择三菱、台达或日立普通型变频器，可在一定范围内实现主轴的无级变速。这时可利用已有的数控系统主轴控制接口，接口AOUT中模拟量电流或电压输出信号，可作为变频器的调速信号，如果采用单极性模拟量电压，这时用开关量输出信号控制主轴的启停、正反转。主轴速度模拟电压信号范围为一10V～+10V，电流最大为10mA，如果采用双极性模拟量电压，这时采用使能信号控制主轴启停。主轴编码器电源输出为+5V，使用差分TTL方波，可提高可靠性和抗干扰能力，最大电流为200mA，信号电平为RS422电平。数控装置与主轴变频器、编码器的电气连接图如图2示。

图2数控装置与主轴变频器、编码器的电气连接图

　　3.2 主轴外部I／O开关量PLC控制原理与设计

　　主轴电气系统开关量输入信号与工作原理有：主轴机械一档启动信号X2.0、二档启动信号X2.1，常开触点，闭合有效，启动机械变档；主轴外部运行允许信号X2.4，常开触点，闭合有效，主要检测变频器使能；主轴过载报警信号X3.0，常闭触点，断开有效，主要监控变频器是否异常；主轴速度到达信号X3.1，常开触点，闭合有效，检测主轴稳定速度；卡盘松开信号X0.7、常开触点，闭合有效，启动卡盘松开；卡盘夹紧信号X0.6，常开触点，闭合有效，启动卡盘夹紧。卡盘夹紧驱动信号Y1.6，数控系统内部低电平有效，由数控系统送出该信号，控制卡盘夹紧；主轴制动信号Y1.2，低电平有效，由数控系统送出该信号，控制电机制动；卡盘松开驱动信号Y1.3，低电平有效，由数控系统送出该信号，控制卡盘松开；主轴机械一档驱动信号Y1.4，低电平有效，由数控系统送出该信号，控制机械部分换到一挡；主轴机械二档驱动信号Y1.5，低电平有效，由数控系统送出该信号，控制机械部分换到二挡。数控系统采用华中数控系统，该数控系统采用内置式PLC，可根据车床设计要求进行PLC程序的二次开发，开发源程序语言为C语言，前期设计可用梯形图语言。主轴系统PLC控制电气原理如图3所示。

图3主轴系统PLC控制电气原理图

　　3.3 数控系统与变频器组合控制

　　数控系统与变频器的组合控制时主要参数有：主轴过载X3.0，主轴速度到达X3.1，主轴运行允许X2.4，正转启动X0.0，反转启动X0.1，外部停止X0.2，变频高速启动X4.0，变频中速启动X4.1，变频低速启动X4.2，制动解除X4．3，主轴正转控制Y1.0，主轴反转控制Y1.1，高速控制Y2.0，中速控制Y2.1，低速控制Y2.2，停止控制Y2.3，变频器STF为正转启动端，变频器STR为反转启动端，变频器RH为高速启动端，变频器RM为中速启动端，变频器RL为低速启动端，变频器MRS为变频停止端，变频器OL为过载报警端，变频器SU为频率到达端，变频器无级凋速电流为AOUT2／4—20mA，无级调速控制端Y2.4，变频模拟调速端4与AU为ON，变频器公共端SD。变频器工作时需根据要求设置好主要参数。主轴数控系统与变频器控制电气原理图如图4所示。

图4主轴数控系统与变频器控制电气原理图