鉆床多面集成鉆孔控制系統(tǒng)適應(yīng)性改造設(shè)計(jì)

劉捷，蔣士博，方婷

(四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川德陽 618000)

鉆床多面集成鉆孔控制系統(tǒng)適應(yīng)性改造設(shè)計(jì)

劉捷，蔣士博，方婷

(四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川德陽 618000)

根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際需要，通過對(duì)加工零件的分析，設(shè)計(jì)了三面集成鉆孔的鉆床液壓控制系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)，重點(diǎn)是用PLC技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)液壓系統(tǒng)的控制，以及根據(jù)鉆削過程的流程圖設(shè)計(jì)了相應(yīng)的PLC手動(dòng)和自動(dòng)控制程序，達(dá)到了改造設(shè)計(jì)要求，提高了鉆床自動(dòng)控制水平，使生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量得到了較大的提高。

鉆床;多面集成鉆孔;電氣控制系統(tǒng);PLC改造

在機(jī)械加工行業(yè)中，特別是在大批量生產(chǎn)中，為了適應(yīng)批量生產(chǎn)的特點(diǎn)、提高生產(chǎn)效率，常常需要將某通用機(jī)床改造成自動(dòng)化專用機(jī)床。

某機(jī)加廠需要將加工中的鉆削工序集成加工，即在一個(gè)加工工位將幾個(gè)面上的孔一次加工到位，并要求工件的定位、夾緊、加工既可手動(dòng)完成，也可自動(dòng)完成。

1 液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明

該機(jī)加廠需加工的工件，三面有孔，常規(guī)加工方法需要幾次裝夾、幾次加工。為提高生產(chǎn)效率，此次改造，必須實(shí)現(xiàn)工件一次裝夾、三面同時(shí)鉆削加工［1］。除保留原有立式動(dòng)力頭外，其余兩面孔的加工，用兩個(gè)動(dòng)力頭分別實(shí)現(xiàn)。工件的定位由人工實(shí)現(xiàn)，工件的夾緊和放松由液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn);加工過程中，動(dòng)力滑臺(tái)的快進(jìn)、工進(jìn)、快退、停止等由各行程開關(guān)控制液壓系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，也可由人工手動(dòng)實(shí)現(xiàn)。

為保證鉆削的順利進(jìn)行，避免打刀事故，在動(dòng)力滑臺(tái)運(yùn)行時(shí)，動(dòng)力頭主軸同時(shí)帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)。

液壓系統(tǒng)油泵電機(jī)啟動(dòng)時(shí)不依靠PLC而單獨(dú)啟動(dòng)運(yùn)行。當(dāng)鉆床在上、下工件或定位時(shí)，液壓系統(tǒng)處于卸荷狀態(tài)。當(dāng)需要夾緊工件或動(dòng)力滑臺(tái)運(yùn)行時(shí)，按動(dòng)相應(yīng)的按鈕或開關(guān)。

加工時(shí)，將工件放在鉆床工作臺(tái)上，由加工工人將工件推靠在靠模板上，實(shí)現(xiàn)初定位;再通過鉆模板和兩彈性頂尖實(shí)現(xiàn)最終定位。定位完成后，按下夾緊按鈕，夾緊液壓缸動(dòng)作，將工件夾緊。有手動(dòng)和自動(dòng)模式實(shí)現(xiàn)工件的加工，即由人工或壓力繼電器通過液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)液壓缸實(shí)現(xiàn)上、左、右動(dòng)力滑臺(tái)的快進(jìn)、快退。上、左、右動(dòng)力滑臺(tái)既可單獨(dú)運(yùn)行，也可同時(shí)運(yùn)行 (限于篇幅，液壓系統(tǒng)沒畫出)。

2 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明

此次改造設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng)［1－2］共有4臺(tái)電機(jī)M1、M2、M3、M4，M1是液壓系統(tǒng)油泵電機(jī)，采用傳統(tǒng)繼電器控制方式單獨(dú)啟動(dòng)運(yùn)行;M2是左動(dòng)力頭主軸電機(jī)，M3是右動(dòng)力頭主軸電機(jī)，M4是立動(dòng)力頭主軸電機(jī)。電機(jī)M2、M3、M4由主軸啟動(dòng)按鈕SB4啟動(dòng)，PLC程序控制運(yùn)行。

當(dāng)處于自動(dòng)控制模式，M2、M3、M4與各自的液壓缸聯(lián)動(dòng)，即當(dāng)左動(dòng)力滑臺(tái)油缸運(yùn)行時(shí)，左動(dòng)力頭主軸電機(jī)M2得電同時(shí)運(yùn)行。動(dòng)力滑臺(tái)快進(jìn)、工進(jìn)、快退的轉(zhuǎn)換，由各自的行程開關(guān)控制。根據(jù)需要，將行程開關(guān)安裝在合適的位置。當(dāng)處于手動(dòng)模式時(shí)，動(dòng)力滑臺(tái)可實(shí)現(xiàn)快進(jìn)快退。

因工件左側(cè)的孔較大較深，為保證孔的加工表面質(zhì)量和尺寸精度，需采用兩次進(jìn)給，即當(dāng)孔到一定深度時(shí)，應(yīng)將鉆頭退出排屑，同時(shí)冷卻潤(rùn)滑，再快進(jìn)、工進(jìn)，加工成形 (限于篇幅，電氣控制系統(tǒng)沒畫出)。

3 集成鉆削加工流程說明

按下液壓系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕SB1，液壓系統(tǒng)啟動(dòng)運(yùn)行，此時(shí)液壓系統(tǒng)處于卸荷狀態(tài)［3－4］。

人工將工件放在工作臺(tái)上，將工件推靠在靠模板上，實(shí)現(xiàn)初定位;再通過鉆模板和兩彈性頂尖實(shí)現(xiàn)最終定位。

選擇加工模式。如需手動(dòng)鉆孔，選用手動(dòng)模式，將轉(zhuǎn)換開關(guān)扳到手動(dòng)擋，使SA3接通。按下夾緊按鈕SB2，夾緊油缸動(dòng)作，工件夾緊。按下主軸啟動(dòng)按鈕SB4，使主軸啟動(dòng)。再按下相應(yīng)的快進(jìn)快退按鈕，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)鉆削。

如需自動(dòng)鉆孔，選用自動(dòng)模式，將轉(zhuǎn)換開關(guān)扳到自動(dòng)擋，使SA4接通。按下夾緊按鈕SB2，夾緊油缸動(dòng)作，工件夾緊。工件夾緊后，由壓力繼電器SP1控制相應(yīng)的換向閥使左、右、上滑臺(tái)液壓缸同時(shí)接通壓力油，實(shí)現(xiàn)左、右、上滑臺(tái)的快速進(jìn)給。壓力繼電器SP1也控制左、右、上動(dòng)力頭主軸電機(jī)M2、M3、M4啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)滑臺(tái)運(yùn)行時(shí)，動(dòng)力頭電機(jī)運(yùn)行。

快進(jìn)結(jié)束時(shí)，壓下快進(jìn)工進(jìn)轉(zhuǎn)換開關(guān) SQ8、SQ10、SQ11，各滑臺(tái)進(jìn)入工作進(jìn)給階段。因工件左側(cè)孔需采用兩次進(jìn)給，當(dāng)左滑臺(tái)一次工作進(jìn)給結(jié)束時(shí)，壓下工進(jìn)快退轉(zhuǎn)換開關(guān)SQ9，進(jìn)入快退階段?？焱私Y(jié)束時(shí)，壓下SQ12，進(jìn)入快進(jìn)階段;快進(jìn)結(jié)束時(shí)，壓下SQ13，進(jìn)入二次工作進(jìn)給階段;進(jìn)給結(jié)束時(shí)，壓下工進(jìn)快退轉(zhuǎn)換開關(guān)SQ9，進(jìn)入快退階段;快退結(jié)束時(shí)，壓下左滑臺(tái)原位行程開關(guān)，左滑臺(tái)停在原位，準(zhǔn)備進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。

當(dāng)右、上滑臺(tái)工作進(jìn)給結(jié)束時(shí)，壓下工進(jìn)轉(zhuǎn)快退行程開關(guān)SQ6、SQ4，滑臺(tái)進(jìn)入快退階段;快退結(jié)束時(shí)，壓下原位行程開關(guān)SQ5、SQ3，右、上滑臺(tái)停在原位，準(zhǔn)備進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。

4 PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

4.1 鉆床PLC接線圖設(shè)計(jì)［5－7］

根據(jù)電氣系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)的控制需要，在總控制面板上設(shè)計(jì)有總電源按鈕一個(gè)，電源指示燈一個(gè)，總停止按鈕一個(gè)，手動(dòng)/自動(dòng)模式選擇開關(guān)一個(gè)，左、右、上動(dòng)力頭電機(jī)選擇手動(dòng)開關(guān)一個(gè)，夾緊按鈕各一個(gè)，放松按鈕一個(gè)，自動(dòng)啟動(dòng)按鈕一個(gè)，自動(dòng)停止按鈕一個(gè)，主軸啟動(dòng)按鈕一個(gè)，滑臺(tái)手動(dòng)前進(jìn)按鈕一個(gè)，滑臺(tái)手動(dòng)后退按鈕一個(gè)。

根據(jù)鉆床的實(shí)現(xiàn)改造需要，PLC選用三菱公司的FX2N-48MR，其輸入輸出接線圖如圖1所示。

圖2 鉆床自動(dòng)控制各動(dòng)作循環(huán)流程圖

圖1 鉆床三面集成鉆孔PLC I/O接線圖

4.2 鉆床各動(dòng)作循環(huán)流程圖

根據(jù)鉆床的實(shí)際工作需要，各動(dòng)作循環(huán)流程見圖2。

4.3 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖設(shè)計(jì)

鉆床的操作有手動(dòng)和自動(dòng)兩種模式，限于篇幅，手動(dòng)模式的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖較簡(jiǎn)單，從略，只寫出自動(dòng)模式狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，如圖3所示，梯形圖從略。

圖3 鉆床自動(dòng)控制模式狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖

4.4 梯形圖設(shè)計(jì)

初始化電路的梯形圖如圖4。

圖4 鉆床初始化電路梯形圖圖

5 結(jié)束語

該鉆床所加工的工件是鑄鋼件，產(chǎn)生的熱量大，對(duì)工件的加工精度有較大的影響，因此設(shè)計(jì)有冷卻潤(rùn)滑系統(tǒng)。這就造成各行程開關(guān)工作環(huán)境較惡劣，易損壞，需重點(diǎn)維護(hù)和保養(yǎng)。

通過此次改造設(shè)計(jì)，使原來需3個(gè)工位、多次裝夾才能完成的零件加工，只需一人一機(jī)就可快速完成，在提高生產(chǎn)效率的同時(shí)，也使產(chǎn)品質(zhì)量得到了很大的提高。

經(jīng)初步估算，改造后，生產(chǎn)效率提高了近5倍，操作工人只有原來的1/3，占用機(jī)床只有原來的1/3。更主要的是，因是一次裝夾一次加工，產(chǎn)品綜合質(zhì)量特別是位置精度得到了大幅的提高。

此次改造，工件是三面鉆削，工件的裝、卸、定位都是人工完成的。在此基礎(chǔ)上也可擴(kuò)展成四面、五面等多面加工。根據(jù)生產(chǎn)的需要和企業(yè)的實(shí)際情況，也可設(shè)計(jì)成全自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，相應(yīng)的機(jī)械液壓控制部分也要作適應(yīng)的改造。

【1】馮錦春.液壓與氣壓傳動(dòng)技術(shù)［M］.北京:人民郵電出版社，2009.

【2】楊林建.電氣控制與PLC［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2011.

【3】田艷芳.PLC在鉆孔組合機(jī)床控制中的應(yīng)用［J］.機(jī)床與液壓，2003(4):180－181.

【4】王炳實(shí)，王蘭軍.機(jī)床電氣控制［M］.4版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

【5】袁任光.可編程控制器選用手冊(cè)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

【6】李輝，戴怡.基于PLC的經(jīng)濟(jì)型龍門式數(shù)控鉆床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.機(jī)床與液壓，2011，39(12):67－69.

【7】王守城，段俊勇.液壓系統(tǒng)PLC控制實(shí)例精解［M］.北京:中國電力出版社，2011.

TP29

B

1001－3881(2014)8－148－3

10.3969/j.issn.1001－3881.2014.08.047

2013－02－26

四川省德陽市2012年第二十一批“金橋工程”資助項(xiàng)目

劉捷 (1971—)，女，碩士，副教授，主要從事電氣自動(dòng)控制的教學(xué)和科研工作。E－mail:jsbjch@163.com。