摘要：Y7520W 万能螺纹磨床是陕西江汉机床厂七八十年代生产的用于工具车间的各种刀具的螺纹磨削的磨床，该机床头架采用传统的直流调速系统，系统复杂老化故障率高，维修困难，基本处于闲置状态，而且现在主流调速技术大多采用变频调速和伺服调速。基于本机床的头架速度控制要求，作者采用PLC 和变频器对Y7520W 万能螺纹磨床的进行电气升级改造。以满足一般工具车间的各种刀具的螺纹磨削的需要，给企业节约了成本，取得良好的经济效益。

          引言

     螺纹磨削，与普通外圆磨削类似，工作台沿着床身做滚动和滑动的导轨做纵向进给运动，砂轮架做横向进给运动，为磨削不同导程角的工件，砂轮轴能在垂直面内转一定角度。为消除双向磨削时的换向间隙，在传动链中设有间隙消除机构。机床有铲磨机构和螺距累积误差校正机构，保证螺纹加工的精度，另外，保证螺纹螺距精度，还要靠进给电机传动精度控制，对进给调速电机控制要求较高。

     1、 总体改造方案

     Y7520W 万能螺纹磨床电气控制系统分为交流控制盒直流控制两大主要部分，其中交流控制系统主要作用是控制机床各部分的运动。主要包括砂轮电机控制，砂轮电机润滑泵控制，电机放大机原动机控制，机床润滑泵电机控制及冷却泵电机控制等。其中直流控制系统主要包括工作台运动，包括工作台的往复运动和工件的旋转运动。针对螺纹磨削对头架速度控制以及砂轮架速度控制要求较高，而且直流调速系统复杂，故障率高，维修困难，加工精度难以控制等原因，总体改造方案主要包括三个方面：第一，对直流调速系统进行改造，用变频器驱动三相异步电动机取代头架传统的直流调速电机，利用模拟量控制实现无级调速；第二，鉴于螺纹磨削砂轮架转速影响到螺纹磨削工件粗糙度，因此增加变频器控制机床上原有的三相异步电动机，实现多段速调速控制，以适应不同螺纹磨削精度加工要求；第三，针对螺纹磨床电气控制系统的输入输出信号多，连锁控制条件繁琐，传统接触器继电器控制系统布线复杂，故障率高，维修困难，用PLC 取代原先的接触器继电器控制系统。

    2 、控制系统电气设计

    2.1 硬件选型及组成

    砂轮架控制：选用三菱FR-A700 变频器，控制功率为4KW 的三相异步电动机。

    头架控制：原来为0.45KW，额定转速为1500 转/ 分的直流电机，根据工艺要求，该直流电机具有较宽的调速范围，使电动机在（12～1800）转/ 分的范围内变化，选用三菱FR-A800 变频器,控制功率为0.75KW，4 极的三相异步电动机。

    系统控制单元：根据螺纹磨床输入输出点数及系统备用点数，选用三菱FX2N-48MR PLC 作为螺纹磨床的控制单元。

    2.2 系统控制线路设计

    2.2.1 主电路及电源电路

    螺纹磨床改造后的电气原理图如图2 所示，去掉了改造前直流部分动力源电机放大机原动机，砂轮电机以及工件电动机分别采用变频控制，实现无级调速，其中工件电动机正反转、快速磨、铲磨有PLC 输出信号控制；工件电动机粗磨精磨通过电位器模拟0-5V 电压控制。砂轮电机启动、调速有PLC 输出信号控制，可实现多段速调速，以满足不同精度螺纹磨削的要求。此外，机床照明灯还是采用AC24V 安全电压旋转开关控制，其他电机、电磁阀、指示灯由PLC 直接控制。

    2.2.2 PLC 控制系统电路（如表1、表2、图1、图2）

    表1 输入分配

     表2 输出分配

         图1 控制系统PLC 输入信号连接图

          图2 控制系统PLC 输出信号连接图

     2.2.3 变频器控制系统电路

    （1）砂轮电机变频电路。如图4 所示，为了满足不同螺纹磨削要求，砂轮电机采用多段速调速，通过PLC 连接变频器的多段速端子RH、RM、RL，分别设置高速、中速、低速，对应部分参数设置如下：

    P79=3，为外部/PU 组合运行模式1。
    P1=90，为上限频率。
    P2=5，为下限频率。
    P4=80，为高速。
    P5=55，为中速。
    P6=30，为低速。

    图3 工件电动机变频控制原理图

    （2）工作台运动变频电路。在螺纹磨削过程中，对于工作台及工件电机的控制尤其重要，可以进行铲磨及快速磨的控制，所谓铲磨及快速磨可以理解为慢速（粗磨）与快速（精磨），针对磨削工艺，采用变频多速端子RM、RL 再加电位器控制方式，控制精度进一步提高。其对应部分参数设置如下：

    P79=3，为外部/PU 组合运行模式1。
    P1=60，为上限频率。
    P2=5，为下限频率。
    P3=45，为快速磨方式
    P4=10，为铲磨方式
    P73=1，为0~10V 模拟电压输入。

    2.2.4 电气系统软件设计

     Y7520W 螺纹磨床改造后采用PLC 控制，控制稳定性高，后期维护维修方便。其中部分PLC 程序如图5、图6所示。

     图4 砂轮电动机变频控制原理图

     图5 电源指示及主轴润滑程序

     图6 砂轮电机启停及调速程序

     3、 调试

     调试前确认三相交流电源电压、PLC 输入电源电压、控制变压器输入输出接线、电动机电源相序及接地线是否正常。以下简要说明Y7520 螺纹磨床的调试步骤：

    （1）检查三相电源、接地线等是否良好，然后依次接通QF0-QF10 断路器，依次测量PLC 输入电源电压、控制变压器输入输出电源等电源电压；

     （2）启动机床照明、标尺照明及冷却电机等，观察工作是否正常；

     （3）启动主轴润滑电机及砂轮电机，观察油压压力大小及砂轮电机运行、转向及振动情况；

     （4）将转换开关拧到“单向行程”位置，操纵砂轮架手柄进退，观察工件旋转情况、变频调速情况及工作台是否按照选择好的速度向右运动以及按照最高速度向左返回；

     （5）将转换开关拧到“往复行程”位置，按下循环启动按钮，观察工件旋转情况、变频调速情况以及是否能够实现自动往复及停止自动往复。并注意观察在工作台每次返程中，机床润滑电机工作是否正常；

    （6）将工作台的操作手柄向外拉至快速位置，按下“快速磨控制按钮”观察快速磨削情况，同样的方法在观察铲磨磨削情况；

     （7）选择在“单向行程”方式及“往复行程”方式磨削过程中，按下急停按钮，观察是否切断整个机床控制电路的电源。

      4 、结束语

     该机床是济南振荣机械公司是基于江汉机床厂故障机床大修为课题背景，改造后的Y7520W 螺纹磨床经过了电气调试、机械联动调试后，机械、电气各个部件动作正常，没有出现太大的机械及电气故障，在正式机械加工前，在经过小批量零件的试加工，测量加工精度，微调变频器参数及PLC 程序，以保正最好的加工精度及加工质量。