三軸鉆專用機(jī)床的PLC 控制系統(tǒng)

陳建國(guó)

（寧夏民族職業(yè)技術(shù)學(xué)院，751100）

1 三軸鉆專用機(jī)床對(duì)PLC 系統(tǒng)的控制要求

1.1 三軸鉆專用機(jī)床的工作流程

三軸鉆專用機(jī)床用于同一個(gè)零件同時(shí)鉆三個(gè)孔，機(jī)床工作流程是：當(dāng)裝有工件的專用夾具與機(jī)床工作臺(tái)上的兩個(gè)定位觸點(diǎn)相接觸時(shí)，工件裝夾完成的信號(hào)傳送給機(jī)床控制系統(tǒng)。機(jī)床控制系統(tǒng)發(fā)出指令，驅(qū)動(dòng)機(jī)床主軸箱快進(jìn)、工進(jìn)1 、（鉆孔）、工進(jìn)2（锪孔），然后機(jī)床主軸箱回零，完成一個(gè)工作循環(huán)。

1.2 三軸鉆專用機(jī)床對(duì)PLC 系統(tǒng)的控制要求

機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件較多，為簡(jiǎn)化傳動(dòng)裝置，采用多臺(tái)電動(dòng)機(jī)控制，通常設(shè)有主軸電動(dòng)機(jī)、遙臂升降電動(dòng)機(jī)、立柱夾緊和放松電動(dòng)機(jī)及冷卻泵電動(dòng)機(jī)。因此三軸鉆專用機(jī)床對(duì)PLC 系統(tǒng)的控制要求是：

(1)要求主軸及進(jìn)給有較大的調(diào)速范圍。

(2)機(jī)床的升降由升降電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，要求電動(dòng)機(jī)能正、反轉(zhuǎn)。

(3)機(jī)床卡具的夾緊和放松是由電氣和液壓聯(lián)合控制，并且有夾緊和放松指示。

(4)內(nèi)外立柱的夾緊與放松，、主軸箱與搖臂的夾緊與放松可采用手柄機(jī)械操作。

2 PLC 控制系統(tǒng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 PLC 的選擇及輸出端口分配

在選用PLC 上，考慮到只是對(duì)三軸鉆專用機(jī)床做電器部分的改造，并不通過網(wǎng)絡(luò)或其他方式做遠(yuǎn)程控制。因此，考慮到經(jīng)濟(jì)，實(shí)用，穩(wěn)定等方面因素。我決定選用因此在滿足以上條件的情況下，選擇FX2N-48MR 型，作為本次設(shè)計(jì)所用PLC。

在設(shè)計(jì)中根據(jù)原控制電路來確定I/O 端口點(diǎn)數(shù)，其中：按鈕8個(gè)，行程開關(guān)5個(gè)，轉(zhuǎn)換開關(guān)1個(gè)（觸點(diǎn)位置3個(gè)），熱繼電器常閉2個(gè)，電壓繼電器觸點(diǎn)1個(gè)，控制線路電源總開關(guān)1個(gè)，共20個(gè)輸入端口點(diǎn)數(shù)；接觸器7個(gè)，電壓繼電器一個(gè)，信號(hào)燈4個(gè)，共計(jì)12個(gè)輸出端口點(diǎn)數(shù)。表1 是機(jī)床PLC 控制I/O(輸入、輸出）地址分配表。

2.2 PLC 控制程序

2.2.1 PLC 控制程序設(shè)定

(1）系統(tǒng)與開機(jī)

先將自動(dòng)開關(guān)QF2～QF5 接通，在將電源總開關(guān)QF1 扳倒“接通”位置，引入三相電源。PLC 上電，電源指示燈點(diǎn)亮表示機(jī)床已處于帶電狀態(tài)。按下SB1，X2 接通，低電壓繼電器KV（Y0）得電并自鎖,其常開觸點(diǎn)KV(X3) 閉合接通了控制電路電源為機(jī)床工作做準(zhǔn)備。

(2）主軸電動(dòng)機(jī)控制

啟動(dòng)時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕SB2，X5 接通，Y1 動(dòng)作并自鎖使KM1 得電并自鎖，KM1 主觸點(diǎn)閉合主軸電動(dòng)機(jī)M1 轉(zhuǎn)動(dòng)，指示燈HL4 亮。停車時(shí)，按下停止按鈕SB7，Y6 斷開Y1 復(fù)位，KM1斷電釋放，主軸電動(dòng)機(jī)M1 停轉(zhuǎn)，指示燈HL4 滅。

(3）主軸升降控制

當(dāng)需要主軸上升時(shí)按下SB3，X7 閉合，M0 接通，同時(shí)，接通斷電延時(shí)定時(shí)器T37，其長(zhǎng)閉觸點(diǎn)T37 瞬時(shí)斷開，斷開了液壓泵電動(dòng)機(jī)M3 反轉(zhuǎn)控制的電路。由于主軸箱、立柱、主軸松開邏輯行X15 是閉合的，因而Y4 接通閉合，液壓泵電動(dòng)機(jī)M3 正轉(zhuǎn)，松開主軸。主軸松開到位后，X13 長(zhǎng)閉觸點(diǎn)斷開，液壓泵電動(dòng)機(jī)M3 停轉(zhuǎn)，主軸上升邏輯行X13 常開觸點(diǎn)閉合，Y2 接通閉合，主軸上升電動(dòng)機(jī)M2 正轉(zhuǎn)，帶動(dòng)主軸上升。當(dāng)主軸上升到一定高度時(shí)松開SB3，X7 復(fù)位斷開，M0 斷開，斷電延時(shí)定時(shí)器T37 斷電，其長(zhǎng)閉觸點(diǎn)T37 延時(shí)3 秒鐘閉合Y5 接通閉合，液壓泵電動(dòng)機(jī)M3 反轉(zhuǎn)，夾緊主軸。主軸夾緊后ST2（X13）、ST3（X14）恢復(fù)初始狀態(tài)且X14 斷開，Y5 失電，液壓泵電動(dòng)機(jī)M3 停轉(zhuǎn)，完成了主軸松開－上升－夾緊的動(dòng)作過程。主軸下降的控制過程與主軸上升的控制過程相似。

(4)立柱與主軸箱松開、夾緊控制

立柱與主軸箱的松開、夾緊控制可單獨(dú)進(jìn)行，也可同時(shí)進(jìn)行，由轉(zhuǎn)換開關(guān)SA 與按鈕SB5 或SB6 控制。轉(zhuǎn)換開關(guān)有三個(gè)位置，板到中間位置時(shí)立柱和主軸箱的松開與夾緊同時(shí)進(jìn)行；板到左邊位置時(shí)，立柱被夾緊與放松；板到右邊位置時(shí)主軸箱單獨(dú)夾緊與放松。

當(dāng)立柱與主軸箱松開后，可手動(dòng)使立柱回轉(zhuǎn)或主軸箱做徑向移動(dòng)。當(dāng)調(diào)整到位后可按下SB6 夾緊按鈕，主軸箱與立柱夾緊工作情況與松開時(shí)相似。這里不再贅述。另外兩種情況，只有將轉(zhuǎn)換開關(guān)SA 板到相應(yīng)位置，再按SB5 與SB6 即可實(shí)現(xiàn)。

2.2.2 三軸鉆專用機(jī)床的PLC 控制程序

(1）系統(tǒng)預(yù)開機(jī)程序

本段梯形圖程序是為主電動(dòng)機(jī)及其他電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)做準(zhǔn)備。當(dāng)合上FQ3（X0）按下SB1(X2)低電壓繼電器KV（Y0）得電并自鎖,其常開觸點(diǎn)KV(X3) 閉合接通了控制電路電源為機(jī)床工作做準(zhǔn)備。

(2）主軸電動(dòng)機(jī)控制程序

主軸電動(dòng)機(jī)只做單方向旋轉(zhuǎn)，需要過載保護(hù)，過載保護(hù)由熱繼電器FR1(X4)完成。

(3）主軸升降控制程序

主軸的升（或降）嚴(yán)格按照主軸松開－升（或降）－夾緊的順序進(jìn)行。為此，要求夾緊與放松作用的液壓泵電動(dòng)機(jī)與主軸升降電動(dòng)機(jī)按一定順序啟動(dòng)工作，由主軸松開行程開關(guān)與主軸夾緊行程開關(guān)發(fā)出控制信號(hào)進(jìn)行控制。當(dāng)要求主軸上升（或下降）時(shí)，按下SB3(或SB4)首先啟動(dòng)主軸箱、立柱、主軸松開電路當(dāng)松開到位時(shí)ST2(X13) 常開觸點(diǎn)閉合,使液壓泵電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)（正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)）,主軸上升（或下降）。液壓泵電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)需必要的互鎖。

(4）主軸箱、立柱松開、夾緊控制程序

主軸箱、立柱松開與夾緊控制要求可單獨(dú)操作，也可以同時(shí)操作，由轉(zhuǎn)換開關(guān)SA 和SB5、SB6 配合定時(shí)器進(jìn)行控制

2.3 PLC 控制程序的模擬運(yùn)行

將各部分梯形圖程序上機(jī)調(diào)試并合并成三軸鉆專用機(jī)床PLC 控制系統(tǒng)梯形圖，經(jīng)過內(nèi)置的GX Simulator6.0 調(diào)試和模擬實(shí)驗(yàn)，所設(shè)計(jì)的梯形圖程序完全滿足機(jī)床對(duì)控制系統(tǒng)的要求。

3 結(jié)論

本論文完成了三軸鉆專用機(jī)床的PLC 控制設(shè)計(jì)。完成了PLC 控制系統(tǒng)中硬件的參數(shù)進(jìn)行匹配，編寫了機(jī)床定位模塊的定位程序以及機(jī)床 PLC 的控制程序。經(jīng)測(cè)試，硬件配置合理，設(shè)計(jì)程序模擬運(yùn)行良好。選擇的專用主軸電動(dòng)機(jī)、三菱伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、安川變頻器等為系統(tǒng)升級(jí)為數(shù)控系統(tǒng)預(yù)留了空間。

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