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1、总体来说，我国机械工业制造与发达国家相比还有很大差距，所以现在机械行业发展的总趋势就是逐步的增加机床的数控化比率。由于各行业要求不同，零件的形状、尺寸、精度要求以及批量相差悬殊，因此要求有高、中、低档不同层次的数控机床，其中购买新数控机床是提高数控化率的主要途径。但是我国现今多数企业财力薄弱，添置数量众多的全新数控机床势必要花费大量的资金，所以把普通机床改造为数控机床就成为一条提高数控化率的有效途径：花费少，改造针对性强，并且可以在原有基础上完善机床，提高生产效率。1数控机床的加工数控机床是用数字和字符以一定的编码形式，通过数控系统来实现自动加工的一种机床。数控机床在制造业中获得越来越广泛的应
2、用，是因为其具备以下加工特点：（I）具有高柔性数控机床适应不同零件的自动加工，对不同的零件只要改变数控程序即可进行加工，故生产准备周期短，具有高柔性，有利于产品更新换代和品种转换。（2）加工精度高数控机床的运动精度高，并具有精度检测、校正和补偿功能，整个加工过程避免了人工操作的人为干预，故加工零件精度一致性好，质量稳定。（3）生产效率高数控机床实现了功能复合、工序集中，生产效率成倍提高。2P1.C改造普通机床的步骤传统机床是使用凸轮或者挡块等来实现刚性自动化，这种情况下的成本较高，只有进行批量化生产才能节约成本；而数控化改造后的机床只需要更换一个程序就可以实现，跟传统机床相比效率可提高3-7倍
3、，这样的自动化可以集中多道工序，减少零件在机床间的频繁搬运，从而降低工件的定位误差。在生产实际中对于用P1.C改造普通机床，一般从两方面进行考虑。第一，控制逻辑不作变更时，则从分析原继电.接触器控制系统的控制逻辑着手，其步骤如下：（1）写出继电-接触器控制系统的逻辑代数式，并化简。（2）进行I/O分配，编制I/O分配表。选择机型，画出输入/输出端接线图。（3）写出对应的P1.C控制逻辑式，并进行适当修改。（4）画出对应的P1.C梯形图，进行修改完善。（5）编写指令程序，并进行程序输入和编辑。（6）空载调试和联机调试。（7）经调试正确的程序，用打印机打印出来，作为技术文件存档。第二，控制逻辑要做
4、较大变更时，则可按照生产工艺流程图、P1.e控制流程图、P1.C梯形图的顺序进行改造。在绘制工艺流程图、控制流程图后，要进行I/O分配，编制I/O分配表，汇出输入，输出端接线图。P1.C梯形图绘制完毕，则可编写指令程序，从而进行程序的输入、编辑、调试等工作。3P1.C与触摸屏技术在普通机床改造中的应用技术软件设计就是编写满足生产要求的梯形图或助记符程序，其一般步骤如下：3.1 设计控制系统流程图在明确生产工业要求，分析各输入、输出与各种操作之间的逻辑关系，确定需要检测的量和控制方法的基础上，可根据系统中各设备的操作内容和操作顺序，画出系统控制的流程图，用于清楚地表明动作的顺序和条件。流程图是编
5、程的主要依据，要尽可能地详细。有些系统的应用软件已经单元化了，那就要对相应程序单元进行定义，规定其功能，确定各单元之间的连接关系，然后再对各单元内部进一步细化，画出更详细的流程图。这一步完成之后，对于整个控制系统就有了一个整体概念。当然，对于简单的控制系统，这一步可省略。对于单台或多台P1.C控制的复杂系统，如果P1.C需要完成多个任务，传统的方法是按照输入、输出点排列，这会给编写程序与调试程序带来不便。对于采用P1.C,它具有任务编程功能。利用任务编程，可把相同功能的输入和输出作为一个任务，这样可缩短整个控制程序的设计周期。3.2 编制用户程序编制用户程序就是根据设计的系统流程图逐条地编写控
6、制程序，这是整个软件设计工作的核心部分。梯形图还是目前最普遍使用的编程语言，其编程软件大多可将梯形图和助记符之间相互转换，这对设计者还是很方便的。程序设计的方法很多，目前仍没有标准可循，专业设计人员主要依靠经验进行设计，其要求高，不仅要熟悉P1.C编程语言，还要求熟悉工业控制的各种典型环节；对于复杂的控制系统，设计周期相对较长，不容易掌握。现代的P1.C已经可以采用流程图（SFC）来编制，这对顺序控制系统的编程就非常方便。但目前并非所有厂家都能提供这类功能软件，而且使用SFC编程也有局限性。其做法是将I/O表中的所有输出线圈全部一次性列在梯形图的右母线上，这样可有效防止双线圈输出的错误。然后，
7、逐一分析各个输出线圈的触发（执行）条件，将触发它的常开或常闭的输入接点连接到左母线与线圈之间。其中，需要具体分析触发的情况，属于多点共同触发作用的，采用串联方式连接各接点；多路信号均能独立触发时，则采用并联方式连接各接点。最后，还要根据输入接点的动作情况，加入“自保持”程序。33程序测试和修改程序测试是整个软件设计工作中一项很重要的内容，它可以初步检查程序的实际效果。程序测试和程序的编制是分不开的，程序的许多功能都是在测试中通过修改而进一步完善。4结论经过数控化改造后的普通机床，较大程度的提高了加工效率和自动化、智能化程度。降低了操作者接触危险部位的可能性；操作系统和操作界面越来越符合人机工程
8、学的要求，可有效减少操作者的失误率，减少因失误产生的事故。附参考两例如何对普通车床的电气线路进行P1.C改造主要阐述了对于普通车床电气线路的P1.C改造，分析了传统继电器电气线路的弊端，以及对其进行P1.C改造的目的及意义，详细阐述了利用P1.C改造车床电气线路的步骤和改造结果。主要以CA615O车床为例，利用三菱FX2N系列P1.C对其进行改造。车床作为机械加工中的重要设备，在机械加工作业中一直起着至关重要的作用，但是传统继电器线路面对长期的加工作业，受工作环境的影响，会逐渐老化或损坏。此时设备的损坏以及维修，都会对于机械加工造成一定的影响。为解决这些问题，可以采用P1.C改造车床的传统继电
9、器线路。相比之下，继电器线路体积大，触点有限，线路复杂不易维修，而P1.C可以克服上述继电器线路的缺点。合理的利用P1.C改造，可以拓展车床的使用功能，减少维修，提高工作效率。CA615O车床作为一种常见车床，本文以其为例讨论P1.C对于普通车床电路的改造。普通车床电气线路的P1.C改造应最大限度地满足机械生产需要和机床控制要求，充分发挥P1.C的功能。因此，在进行改造前首先要先深入了解机床的工作过程，分析其工作方式，从而了解该车床的控制要求。再根据控制要求进行相应的P1.C改造，并在改造过程中分析是否可以加以改进，或在改造过程中留出改进余地，方便后续的升级改造。1、CA615O车床的主要结构
10、和运动形式及其工作原理的分析1.1主要结构和主要运动形式1.1.1主要结构车床是一种应用极为广泛的金属切削机床，其主轴水平放置，是属于卧式车床的一种，能够完成车削外圆、内圆、端面、螺纹、切断及割槽等机械操作，主要由床身、床座、主轴箱、溜板箱、进给箱、刀架、挂轮架、丝杠、光杠、卡盘和尾架等组成。1.1.2主要运动形式：(1)主运动：主轴通过卡盘或顶尖带动工件的旋转运动。主轴电动机选用的是三相笼型异步电动机，不进行电气调速，而采用齿轮箱进行机械有级调速；车削螺纹时要求主轴有正反转，这个一般由机械方法实现，主轴电动机只做单向运转；主轴电动机容量不大，可采用直接启动。(2)进给运动：刀架带动刀具横向或
11、纵向的直线运动.进给运动也由主轴电动机拖动主轴电动机的动力通过挂轮箱传递给进给箱来实现刀具的纵向和横向进给O(3)辅助运动：刀架的快速移动、尾架的纵向移动、工件的夹紧与放松、加工过程的冷却。刀架的快速移动由刀架快速移动电动机拖动，可直接启动，不需要正反转和调速；尾架的纵向移动和工件的夹紧与放松均由手动操作控制；加工过程中的冷却由冷却泵电动机控制，冷却泵电动机和主轴电动机要实现顺序控制，不需要正反转和调速。1 .2CA615O车床继电器控制电路的原理分析对车床电路进行P1.e改造之前，需先行分析原车床电气线路的工作原理，以达到满足其控制要求的目的。根据车床的主要运动形式来看，在CA615O型车床
12、主电路中，主要控制了3台电动机，分别为：主轴电动机M1、冷却泵电动机M2、刀架快速移动电动机M3。这3台电动机的通断主要通过控制电路控制，此外控制电路中还有照明及显示电路和保护电路，以下是各电路的原理分析:(1)主轴电动机M1的控制：M1通过接触器KM1线圈的得电与断电控制，KM1线圈的得电与否由按钮SB2和SBl控制：按下启动按钮SB2时,KM1线圈得电，同时KM1自锁触头闭合、KM1主触头闭合，主轴电机M1得电连续运转；按下停止按钮SB1,KM1线圈失电，同时KM1自锁触头断开、KMI主触头断开，电动机MI失电停转。(2)冷却泵电动机M2的控制：M2通过接触器KM2线圈的得电与断电控制，因
13、为MI与M2为顺序启动的关系，所以KM2线圈的得电与否通过冷却泵开关QS2与KM1的辅助常开触头共同控制：当按下主轴启动按钮SBI,KMl线圈得电，KMl辅助常开触头闭合后，再操作冷却泵开关QS2,KM2线圈得电，同时KM2主触头闭合，冷却泵电机得电运转；当MI停止运转或操作冷却泵开关QS3时，KM2线圈失电，同时KM2主触头断开，M2失电停转。(3)刀架快速移动电动机M3的控制：M3通过接触器KM3线圈的得电与断电控制，KMI线圈的得电与否由快速移动按钮SB3控制，由于快速移动不需要连续运行,所以刀架快速移动电路无自锁触点：按下快速移动按钮SB3,KM3线圈得电，同时KM3主触头闭合，刀架快
14、速移动电动机M3得电运转；松开SB3,KM3线圈失电，同时KM3主触头断开，M3失电停转。(4)照明及显示控制：照明灯E1.：由照明开关SA控制主轴电机指示灯H1.1：由KMI辅助常开触点控制刀架快速移动指示灯H1.2：由KM3辅助常开触点控制冷却泵指示灯H1.3：由KM2辅助常开触点控制。(5)保护环节：继电器FR1实现主轴电动机M1的过载保护，继电器FR2实现冷却泵电动机M2的过载保护。2 、P1.C对车床的改造P1.C对于车床电气线路的改造，是在保留主电路的基础上对于控制电路进行改造，并保证满足车床的运行要求，在此基础上不改变原控制系统的操作方法,各电气控制元件作用与原继电器线路相同。根
15、据需求，本文选择三菱FX3U-48MR型P1.C。该P1.C成本低、体型小并且安装方便，可以很好地满足设计要求，并且拥有进一步的升级改造能力。3 .11/O分配表根据上述分析可以得知，输入信号共7个，分别为：主轴启动按钮SB2、主轴停止按钮SB1、冷却泵开关QS2、刀架快速移动按钮SB3、照明开关SA、热继电器FR1好热继电器FR2。输出信号共7个，分别为：主轴电动机控制接触器KM1、冷却泵电动机控制接触器KM2、刀架快速移动电动机控制接触器KM3、照明灯E1.、主轴电动机指示灯H1.1、刀架快速移动指示灯H1.2和冷却泵指示灯H1.3。由此可以做出I/O分配表，如表1所示。表1I/O分配表人
16、出元”住用人*0任律代号心电摩代号电0SIe生XOKMl*电*MYOSBl差停止XlKM2冷电机短YlQSZ”0款舟关X2KMI月*俄*格心8YlStBXlE1.灯YlSA!斤美XlH1.l生电机指小灯Y4FRI生电帆HR%f*XSH1.2快必循那0YSFR2冷去It电*IHtI很俨xeHUYC4 .2硬件电路的设计根据I/O分配表，可得到相应的外部接线图，为了方便操作理解，外部接线均采用常开触点，P1.C外部硬件电路图如图1所示。IlU0一C改造CA615O车床外部接线图2.3梯形图的设计根据系统控制要求和I/O分配表，设计出梯形图如图2所示。图2P1.C改造CA615O车床梯形图根据控制要
17、求，设计了主轴电动机M1的程序，保证了主轴电机的连续运转;冷却泵电机M2的程序，保证了M2与M1的顺序控制；刀架快速移动M3以及各指示灯的程序。图3手动模式下机床控制效果图3、通车调试将设计好的程序安装与调试，具体步骤如下：(1)编写程序，检查有无逻辑错误。(2)利用仿真软件进行仿真，此步骤可在进行外部接线前先行检查程序是否可以按控制要求运行，省去未知情况下操作的麻烦。通过仿真软件模拟实际环境进行操作，配合P1.C监控，观察结果是否正确，并对出现的问题进行改正。主轴电动机M1的仿真：按下SB2,软元件XO获得信号接通闭合，YO接通并自锁，YO常开触点闭合，Y4接通。通过仿真观察到此时主轴电动机
18、得电、主轴电动机指示亮；按下SB1,X1常闭触点断开，Y0线圈断开，Y0常开触点断开，Y4断开，通过仿真观察到此时主轴电动机失电、主轴电动机指示灭。冷却泵电机M2的仿真：先按下SB2使YO接通，YO常开触点闭合，再合上QS2,X2常开触点闭合，Yl接通，Yl常开触点闭合，Y6接通，通过仿真观察到此时冷却泵电机得电，冷却泵指示灯亮；打开QS2,X2断开,Y1线圈断开，Y1常开触点断开，Y6断开，通过仿真观察到此时冷却泵电机失电，冷却泵指示灯灭。刀架快速移动按钮M3的仿真：按下SB3,X3常开触点闭合，Y2接通,Y2常开触点闭合，Y5接通，通过仿真观察到此时刀架快速移动电机得电，刀架快速移动指示灯
19、亮；松开SB3,X3常开触点断开，Y2线圈断开，Y2常开触点断开，Y5断开，通过仿真观察到此时刀架快速移动电机失电，刀架快速移动指示灯灭。照明的仿真：操作SA至开，X4常开触点闭合，Y3接通，通过仿真观察照明灯亮；操作SA至关，X4断开，Y3失电断开，通过仿真观察照明灯灭。保护环节的仿真：在仿真软件上将FRI与FR2的动作触头模拟为按钮或开关，操作后观察Y0、Y1、Y2线圈是否能够断开，以及相应的电动机与指示灯是否失电。(3)安装调试，连接好外部接线，通电试车，逐个检测各部位功能是否按原机床控制要求运行，即主运动、进给运动、辅助运动、照明显示以及保护环节是否可按要求运行。接线时要做注意P1.C
20、的电源连接，以及输入和输出公共端的连接。(4)通电加工，待安装调试完毕，即可进行工件的试加工，检测经过P1.C改造的机床电气线路是否会影响工件的加工，对于精度和稳定性进行进一步测试。测试无误后即可投入生产工作中。4、小结与展望4.1本次P1.C改造小结本文着重阐述了利用三菱P1.C对CA615O型车床进行改造的目的、过程以及结果。基本达到了本次的改造目的，提高了车床的整体性能，一定程度上提高了车床的使用寿命，节约维修成本，提高效率，并为未来的升级改造提供了可行空间。4.2未来进一步研究与展望随着自动化的逐渐发展，用P1.C对车床进行合理的改造不仅可明显改善一些传统车床电气线路的弊端，而且可以在
21、此基础上进行进一步的升级改造，比如电动机的正反转，电机的调速均可进行电气控制。以此类推大多机床电气线路都可进行P1.C改造，在进行P1.C改造的同时也可加入触摸屏、变频器，更加简化继电器线路，简化机床操作，提高工作效率，并且使其在以后的升级改造中相对减少人工和机械成本。随着技术的发展，P1.C的应用也越来越广泛，进行P1.C改造后的车床，因为减少了硬件电路的接线，所以克服了硬件电路接线带来的电路老化、不易维修等缺点，在安装使用上也更加快速便捷，其工作的可靠性也大大提高，并且便于整个机床电气系统的监控、维修、升级和改造。因此，利用P1.C改造机床的电气系统是一种切实可行的改造办法。P1.C技术在
22、机床改造中的应用在工业自动化领域，可编程控制器（简称P1.C）已成为大多数自动化系统控制的基础，同时也给工业控制带来了前所未有的变化。用P1.C技术对CA6140车床改造程控车床，这种花费少、时间短、针对性强，能克服原机床的缺点和存在的问题，提高生产效率，是提高机床数控化率的一个主要途径。1用P1.C的控制系统改造CA6140型普通车床电气控制系统的可行性1.1 CA6140型普通车床电气控制系统与P1.C控制系统的相同点普通车床的控制电路和P1.C控制电路分别是通过电流或者“能流”来控制电路的，都有主电路和控制电路，并且主电路不变。普通车床的电气控制程序与P1.C的控制程序大致相同，控制的功
23、能也基本相同，即继电器控制功能也可以通过P1.C系统的数字化和模拟化实现其控制功能。1.2 CA6140型普通车床电气控制系统与P1.C控制系统的不同点首先，普通车床的电气控制程序基本上是固定不变的，改进起来是十分复杂和困难的。而P1.C的控制系统中的程序，既可以固化在储存器中，还可以通过编程来改变程序，增加功能，提高自动化程度。其次，机床控制系统中的开关和继电器的触点，是不受电流方向所限制的，导线连接到哪里，电流就流通到哪里,而P1.C控制系统中的开关和触点只允许“能流”从左到右，自上而下流动，不允许倒流。程序中的继电器不是物理性的继电器，而是软继电器。最后，机床控制电路，精度低，功能少，体
24、积大，寿命短，实现数字化和智能化非常困难，而P1.C则通过数字和模拟块，可以实现多种程序，模拟多种继电器、定时器和开关,其运算速度快，寿命长，精度高，智能化强，这些都是继电器控制电路所无法比拟的。2CA6140型普通车床控制系统概述2.1 CA6140型普通车床电气控制原理CA6140型普通车床电气系统由两大部分组成，主电路和控制电路。主电路的工作原理是主电路中有4台电机，Ml为主电机，M2为快速走刀电机，M3为冷却泵电机，M4为油泵电机。三相交流电源通过空气开关QF引入。主轴电机Ml由接触器KMl控制启动和停止，热继电器FRl为主电机Ml的过载保护。快速走刀电机M2由接触器KM2控制启动和停
25、止，热继电器FR3为快速走刀电机M2的过载保护。冷却泵电机M3由接触器KM3控制启动和停止，热继电器FR2为冷却泵电机M3的过载保护。油泵电机M4由接触器KM4控制启动和停止，热继电器FR4为油泵电机M4的过载保护。2.2 控制电路的基本原理和程序。普通机床的电气控制电路，主要是通过按钮开关来控制电路及主电机。在普通机床电气控制程序中，由于主电机启动或运转只能带动机床的主轴运转，不能直接传动到二级轴上,要完成一级种和二级轴的传动，是由液压泵和正转电磁阀、反转电磁阀和刹车电磁阀分别制动的结果。从而才有液压控制的主轴正转（点动）、主轴反转、主轴刹车的功能。其电气控制的顺序是：首先按下SB2KM1动
26、作T主电机Ml启动TKT延时IOST液压泵线圈经过KT动合触点，使KM4得电一液压泵电机启动一按下SB4-中间继电器KAl和液压电磁阀YVl得电，主轴正转（点动）一按下SB7-中间继电器KA2和液压电磁阀YV2得电一主轴反转一按下SA开关（锁住）YV3得电一主轴刹车一按下SB8KM2得电一快速走刀，电机M2启动一按下SBlOTKM3得电T冷却泵电机M3启动T按下主电机停止按钮SB1KM1失电T控制回路全部停止工作。3P1.C控制系统的设计步骤P1.C控制系统的设计步骤是：（1）分析控制对象；（2） P1.C控制系统的硬件配置；（3）分配I/O的编号；（4）编制程序；（5）调试与试车。2.1 分
27、析控制对象系统启动后，即KMI得电，主电动机运转，延时继电器T37延时10s；第二步动作，KM4动作，液压泵电动机运转。按下SB4按钮；第三步动作，电磁阀YVl动作，主轴正转或点动。按下SB7；第四步动作，电磁阀YV2动作，主轴反转。闭锁SA开关；第五步动作，电磁阀YV3动作，主轴刹车。按下SB8；第六步动作，KM2得电，快速刀架电机运转。按下SBlO按钮；第七步动作，KM3得电，冷却泵电机运转。按下停止按钮SB1.主电机KMl运转停止，其所有的控制回路也停止工作。2.2 P1.C控制系统的硬件和软件配置根据上述的顺序功能中被控制对象的模拟量、开关量的输入、输出（I/O）的情况，共统计出输入和
28、输出的点数（I/O）：输入点是11个，输出点是7个。为了保证CPU模块的可靠性和满足I/O点（输入/输出）的电源上的负载消耗电流及为今后的功能拓展留出余量的要求，选用CPU224模块，即1/0=14入/10出。软件选用STEP7-Micro/WlN32西门子编程软件，用于创建、编辑、调试和系统组态等。2.3 分配I/O的编号（P1.C的I/O接线分配表）在编写程序时，还要给车床上的P1.C控制系统的I/O信号分配相应的地址及每一个地址对应的信号含义、名称、并列出图表，以便于编程和系统调试时使用。这种图表称为P1.C的I/O接线分配表。2.4 编制程序（梯形图）用编程器（计算机）编制程序（梯形图
29、）。梯形图是融入逻辑指令和控制一体的图形化编程语言，它沿用了继电器、触点、线圈及串并联等术语，通俗易懂。梯形图中的左右垂直线称为左右母线。在左右母线之间是由开关、线圈和功能框组成，并有序地排列。在一个梯形图中，从左到右，从上到下形成一个完整的电路。用它编制基本逻辑指令，P1.C的梯形图和语句表。2.5 调试与试车将编辑通过的程序，安装到P1.C中去，进行模拟调试，这是检验编程效果的重要环节。在模拟调试的过程中，认真地对每一段程序进行检查和对比，及时发现问题及时解决，通过调试，接通主电路，试车成功。2.6 电路的保护措施为了保证设备正常、安全、可靠的运转，采用了“自锁”和“互锁”的控制方法,来保
30、证P1.C系统的安全性和可靠性。同时，在P1.C的外部和主电路中设置了热继电器的过载保护和熔断器的短路保护措施。4结语总之，目前对老式的普通车床P1.C技术的改造还只是刚刚开始，将来还有很长的一段路要走，当我们坚信，通过我们的继续努力、不断钻研、合理优化，用P1.C技术把普通车床的继电器控制改造为自动化控制，逐步将普通机床改造成半数控或数控机床，为数控机床实习教学做出一定的贡献是有可能的。参考文献川康永泽.用P1.C技术改造普通机床电气控制系统J.价值工程，2014,28：59-60.2周巍，樊瑜瑾，王为达，郑淮河.基于P1.e的数控母线冲压机床控制系统研究J.新技术新工艺，2014,11：12-14.黎庆忠泗门子840D数控机床的故障诊断及维修实例J.科技风，2015,07：104.汪宏武.西门子SIMATICT-CPU运动控制器在普通铳床中的改造中的应用J.自动化与仪器仪表,2015,03：47-49.5郭爱云.基于P1.C的普通车床电气控制系统设计J.科技资讯，2015,12：50-51.
