日本HP-250机床控制系统改造

摘要：
日本HP-250机床为“一轴五刀”精密自动机床，出厂日期为1981年，距今已有20余年，该机床的部分机械尚保存完好，但电气部分已严重老化和落后，且一些重要电气规格无法直接在我国标准下使用。需要进行现代化电气改造，并将其改为可以全自动运行。
关键字：机床；控制；改造
一、概述
日本HP-250机床为“一轴五刀”精密自动机床，出厂日期为1981年，距今已有20余年，该机床的部分机械尚保存完好，但电气部分已严重老化和落后，且一些重要电气规格无法直接在我国标准下使用（如其电机电压规格为三相220V（60Hz）、200V（50Hz））。需要进行现代化电气改造，并将其改为可以全自动运行。
二、改造项目
机床主轴是由一台三菱电机通过皮带带动机械机构传动，三菱电机的规格为1.5kW，三相200V(50Hz、60Hz)、220V(60Hz)，该电压规格是无法和我国三相交流380(50Hz)相匹配。需要将电压转换成符合该电机规格，才能使用。现需要使用1.5kW变频器，将单相220V电源转换为三相200V电源，并且通过变频器输出不同频率电压的功能，改变电机转速，达到控制主轴高速、中速、低速的目的，检测时主轴运转正常。该款机床精度为0.2mm
油压系统主要设备为两台0.4kW三菱电机，两台电机同时启/停，供电电压为三相200V。由于该电机不需要控制转速，只需使用变压器将本地电压改变为符合该电机规格的电压。在检测时Z轴电磁阀已坏，需要更换，液压密封圈使用已久，需要更换。Y轴、X轴电磁阀良好，风扇散热良好。机床共有X1、X2、Z1、Z2、Y这5个轴向刀具。这5个刀具是通过电磁阀驱动，电磁阀的驱动线圈是AC200V，每个刀具都有相应的限位开关，在机床侧还有5个刀具的速度旋钮，可以控制刀具的运动的速度。只有电磁阀和三个电机都能正常动作，无任何损坏，才能保证该机床电气改造的成功。
三、控制系统描述
机床原控制系统，已经严重损坏和落伍，需要完全撤换，采用现代的自动化控制系统，具有一定先进性。改造采用PLC作为机床的控制器。人机界面采用台湾威伦触摸屏。
机床的控制分为自动和手动控制两种模式，若为手动时，操作员通过控制台上的Z1、Z2、X1、X2、Y来控制刀具的进给。在自动运行模式下，这5个旋钮不起作用。在自动运行模式下，需要启动“自动运行”按钮，刀具才会根据在触摸屏上设定的程序进行进给加工。刀具的快进/慢进和主轴高速/低速是通过“进给速度”和“主轴运行”旋钮人工设定，“主轴模式”为连动时，只需按下“主轴启动”，主轴即运行，为单动时，只有按下“主轴启动”按钮，主轴才会运转，松开该按钮，主轴即停止。“油压启动”为启动油压泵和冷却风扇。“紧急停止”为停止主轴运转和油压泵。按下复位按钮，所有刀具都退回到限位开关的位置上。
触摸屏上工艺设置界面如上图，操作工人可以根据加工工件的需要自由选择加工工艺组合，并且每一步的转速亦可以在触摸屏上事先设置，每一步都可以采用不同的转速。达到精细加工的目的。
转速的改变是通过变频器输出频率的改变来达到，PLC与变频器之间是采用RS485通迅，内部协议采用LG－BUS（LG变频器专用协议），该变频器出来支持专用协议还支持MODBUS协议，所以也可采用此种协议进行开发。由于PLC本身不支持LG，MODBUS协议，所以需要在PLC中采用RS指令编程，达到与变频器通迅的目的。