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LM在滚齿机中的应用

作者：陈卫芳
供稿：北京和利时集团
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发布时间：2009-12-08

1：前言
　　滚齿机是一种齿轮加工设备，其采用滚刀按展成法，粗、精加工直齿、斜齿、人字齿轮和蜗轮等类型齿轮，其加工范围广，加工精度高同时生产率较高，适用于齿轮的单件或批量生产，在汽车、拖拉机、机床、工程机械、矿山机械、冶金机械等各种机械制造业中应用广泛。
　　PLC控制器应用在滚齿机整机的传动控制上，效果显著，其中需要控制的滚齿机的传动部分，主要包括滚齿机工作台和滚刀的旋转以及进给两大动作，旋转动作是由主电机经过一级PIV齿轮箱无级变速后经蜗轮蜗杆减速，从而带动滚齿机工作台和滚刀的旋转，而进给动作则是由二级PIV齿轮箱无级变速后带动滚齿机进给箱来实现进给量的改变。

　　本文介绍了采用和利时公司LM系列PLC控制的Y3140型滚齿机的电气控制原理以及LM PLC在滚齿机中的应用特点和优势。
2：滚齿机的控制要求
　　滚齿机控制的功能除了自动控制和手动控制的逻辑控制外，还包括对液压泵、冷却泵、润滑泵以及多个阀门、离合器的各个动作控制，并且需要通过模拟量信号控制PIV齿轮箱进行无级调速，PIV齿链式无级变速器，是适用于工艺参数多变，转速连续变化并且能够协调多台机器运转的装置。具体的采用模拟量信号控制PIV齿轮箱无级调速的工作过程是：先在触摸屏上设定滚刀的速度和进给量，PIV齿轮箱带动多圈绕线电阻旋转改变其输出电压，绕线电阻输出的电压信号输入到模拟量模块中，转换后与触摸屏给定信号比较，产生误差信号来控制PIV齿轮箱上的调速电机，从而实现PIV齿轮箱的无级变速。
　

　　在对整个滚齿机的控制过程中，最重要的便是PIV齿轮箱无级调速的控制，
　

　　下面是PIV齿轮箱控制的电路图。

　　左侧的电路为多圈绕线电阻电路，将其产生的模拟电压信号送入和利时小型PLC的模拟量处理模块LM3310进行处理，并且将采样值与在触摸屏上设定的电压值进行比较，再通过PLC的数字量输出模块LM3223控制减速电机的启停，其它的数字量输入/输出模块检测各个按钮、开关的状态从而来控制各个泵以及离合器的动作。
　

　　3：滚齿机的控制系统组成及功能
　　滚齿机的电气控制部分的主要设备由触摸屏和PLC组成，实现对滚齿机各个部件动作的逻辑控制以及各参数、命令的显示及设定。这些需要控制的部件主要有滚齿机的液压泵，提供液压动力；冷却泵，对加工过程进行冷却的主要装置；润滑泵，起到润滑的作用以及离合器，进行速度的调整。

4：和利时小型PLC在滚齿机中应用的特点
　　本滚齿机的核心控制器件采用了和利时公司的LM系列PLC，LM PLC是和利时公司自主研发、自主生产的新一代高性能小型一体化PLC，它充分融合了计算机技术、通信技术、电子技术和自动控制技术的最新发展成果，包括CPU模块、数字量、模拟量扩展模块以及通讯模块等多种模块种类，完全能够满足滚齿机的各种控制需求。同时，PLC的编程软件PowerPro，其功能强大、界面友好，并且包含有各种丰富的指令与功能块，同时支持自定义库，能够给用户编程带来非常大的便利。在本滚齿机的控制装置选择上，采用了和利时公司的LM3109 CPU模块、LM3310模拟量输入模块以及LM3212和LM3223数字量输入、输出模块，其主要特点在于：
　　（1） LM3310模拟量模块的分辨率非常高，达到了16位，能非常精确的处理从绕线电阻传来的电压信号；
　　（2） LM3109 CPU的运算性能非常优越，程序执行速度非常快，使得整个滚齿机的生产能力得到极大提高；
　　（3）和利时 PLC的编程软件PowerPro功能非常强大，能够直接进行浮点数运算，为编程带来极大便利。

　　下图是在PowerPro中采用LD梯形图语言对模拟量进行处理的程序片段，从此程序片段中能看出，PowerPro软件界面清晰明确、功能块指令简单易操作并且只用了三条语句就完成了对PIV齿轮箱的启动及速度控制。

　　5：结束语
　　可编程序控制器PLC在齿轮加工设备上的应用大大提高了各种齿轮加工设备的加工性能及生产效率，而和利时小型PLC产品，以自身的快速程序执行速度、强大模拟量处理能力和出色的软件编程环境，使得其在滚齿机上得到了成功应用，这也再次印证了国产PLC在齿轮加工设备乃至整个机械加工行业中的成就已经越来越大。

　　参考文献
　　[1] HOLLiAS-PLC LM PLC指令与功能块手册
　　[2] LM PLC硬件手册
　　[3] HOLLiAS-PLC LM PLC软件手册
　　[4] 齿轮制造手册. 齿轮制造手册编辑委员会.北京:机械工业出版社. 1997