僅用一個(gè)開(kāi)關(guān)的組合機(jī)床鉆深孔PLC控制系統(tǒng)

何 榮

（桂林理工大學(xué) 南寧分校，南寧 530001）

僅用一個(gè)開(kāi)關(guān)的組合機(jī)床鉆深孔PLC控制系統(tǒng)

何 榮

（桂林理工大學(xué) 南寧分校，南寧 530001）

0 引言

孔深與孔徑比大于或等于5的孔通常稱(chēng)為深孔，在內(nèi)燃機(jī)零件如缸蓋、缸體和連桿等大批量加工中常常遇到在組合機(jī)床上鉆深孔的問(wèn)題，解決鉆深孔問(wèn)題的關(guān)鍵是排屑和鉆頭的冷卻。目前鉆深孔的PLC控制系統(tǒng)有兩種，一種是觸發(fā)快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)的行程開(kāi)關(guān)采用活動(dòng)當(dāng)鐵。這就需要在滑臺(tái)和動(dòng)力頭上安裝上特殊的專(zhuān)用機(jī)構(gòu)，使工進(jìn)時(shí)活動(dòng)擋塊能夠后移一個(gè)工進(jìn)行程的距離，以實(shí)現(xiàn)多次分級(jí)進(jìn)給。當(dāng)工作循環(huán)完成并快退時(shí)，另一塊電磁鐵控制的活動(dòng)擋鐵又要隨滑臺(tái)快退并撥動(dòng)活動(dòng)擋鐵回初始位置。這樣的機(jī)械結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不能直接應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)滑臺(tái)和動(dòng)力頭，而且要額外增加四五個(gè)行程開(kāi)關(guān)，接線(xiàn)和調(diào)整比較麻煩。另一種PLC控制系統(tǒng)采用在滑臺(tái)上固定的擋鐵，來(lái)觸發(fā)快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)的行程開(kāi)關(guān)。其缺點(diǎn)是每次進(jìn)給的工進(jìn)起點(diǎn)位置相同，導(dǎo)致第二次工進(jìn)起，每次都有一段等于之前每次工進(jìn)鉆深累計(jì)值的無(wú)效空行程，效率太低。為了克服現(xiàn)有PLC控制系統(tǒng)的上述缺點(diǎn)，本文提出下文所述的一種新的組合機(jī)床鉆深孔進(jìn)給PLC控制系統(tǒng)。

1 深孔鉆削的工藝特點(diǎn)及對(duì)控制系統(tǒng)的要求

圖1 鉆深孔工作循環(huán)圖

深孔鉆削的工藝特點(diǎn)是鉆頭在封閉的孔內(nèi)切削零件，切屑排除困難，容易堵塞，而且鉆頭容易發(fā)熱而導(dǎo)致壽命降低。為了實(shí)現(xiàn)定期排屑和定期冷卻鉆頭，要求控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)鉆頭分級(jí)多次進(jìn)給和多次退出。此外，鉆削時(shí)孔深逐漸增加，工件鉆孔部位的溫度會(huì)逐漸升高，而且不容易散熱，導(dǎo)致鉆頭的溫度也隨著孔深的增加而逐漸升高。為避免鉆頭過(guò)熱，每級(jí)工進(jìn)深度應(yīng)逐級(jí)減少。為滿(mǎn)足這些要求，給出了圖1所示的鉆深孔工作循環(huán)圖。圖中，驅(qū)動(dòng)鉆頭快進(jìn)、工進(jìn)和快退的機(jī)構(gòu)采用進(jìn)給速度比較穩(wěn)定(相對(duì)液壓和氣壓傳而言)動(dòng)的機(jī)械滑臺(tái)，驅(qū)動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)是機(jī)械動(dòng)力頭。圖中的m為鉆孔工藝和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的切入量（為了避免快進(jìn)結(jié)束時(shí)發(fā)生撞刀所需的空工進(jìn)行程）。此外，除了最后一次快退外，每次快退至原位后，都停留2秒鐘，目的之一是避免控制快速進(jìn)給電機(jī)的正轉(zhuǎn)接觸器和反轉(zhuǎn)接觸器同時(shí)斷電和得電，以致產(chǎn)生觸點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)而導(dǎo)致電機(jī)短路燒毀，之二是使鉆頭在切削液的噴淋下能充分冷卻。

本控制系統(tǒng)的每次快進(jìn)、工進(jìn)的行程按時(shí)間控制，為了確定控制這些工步行程的定時(shí)器設(shè)定值，需要按以下公式下計(jì)算這些工步的行程量。而每次快退不必按時(shí)間控制行程量，只需控制工進(jìn)行程的定時(shí)器給出每次快退的啟動(dòng)信號(hào)即可，快退后停留或停止由原位開(kāi)關(guān)SB0發(fā)信號(hào)控制。

1.1 快進(jìn)工進(jìn)行程的計(jì)算

L一次快進(jìn)=鉆頭鉆尖至待鉆孔端面的距離-切入量m

L一次工進(jìn)=一次工進(jìn)鉆入工件的深度

L后續(xù)i次快進(jìn)=Li-1次快退-m

L后續(xù)i次工進(jìn)=后續(xù)i次工進(jìn)鉆入工件的深度

上述每次工進(jìn)的鉆入深度由工藝專(zhuān)業(yè)人員根據(jù)工件材料、孔深、孔徑和鉆孔工藝確定。

1.2 定時(shí)器設(shè)定值K的計(jì)算

控制快進(jìn)快退行程定時(shí)器的設(shè)定值

控制工進(jìn)行程定時(shí)器的設(shè)定值

2 控制系統(tǒng)順序功能流程圖

圖2 控制系統(tǒng)功能流程圖

控制系統(tǒng)順序功能流程圖如圖2所示，X0（SB0為原位開(kāi)關(guān)信號(hào)，X1 為組合機(jī)床夾具的夾緊信號(hào)。X0和X1的“與”信號(hào)作為控制系統(tǒng)的啟動(dòng)信號(hào)，以確?；_(tái)必須在原位才能啟動(dòng)。啟動(dòng)后，每次快進(jìn)和工進(jìn)都由內(nèi)部繼電器和定時(shí)器其控制。由于定時(shí)器在其輸入信號(hào)保持時(shí)間等于或大于定時(shí)器設(shè)定時(shí)間的條件下才能正常工作，所以要采用內(nèi)部繼電器的自保信號(hào)作為定時(shí)器的輸入信號(hào)。每次快退的控制信號(hào)只用內(nèi)部繼電器的自保信號(hào)控制即可?？焱私Y(jié)束時(shí)，為了保證鉆頭能充分冷卻，采用設(shè)定時(shí)間為2秒的定時(shí)器來(lái)控制停留時(shí)間。由于每個(gè)控制停留的定時(shí)器分布在不同的工步，并控制不同次序的快進(jìn)，為了區(qū)別不同工步的停留，每個(gè)停留定時(shí)器的輸入信號(hào)應(yīng)各有區(qū)別。所以圖中的一次停留定時(shí)器輸入信號(hào)為X0,二次停留定時(shí)器輸入信號(hào)為“與”信號(hào)X0.R7?？刂葡到y(tǒng)工作循環(huán)結(jié)束后的停止控制信號(hào)也應(yīng)與前兩次停留的信號(hào)相區(qū)別，所以最終停止的控制信號(hào)為“與”信號(hào)X0.R11。

3 PLC控制系統(tǒng)梯形圖

圖3 PLC控制系統(tǒng)梯形圖

PLC控制系統(tǒng)梯形圖如3所示，每次快進(jìn)和工進(jìn)的時(shí)間由不同設(shè)定值（圖中不標(biāo)具體數(shù)值，只用XX表示）的定時(shí)器和相應(yīng)的內(nèi)部繼電器控制，每次快退則由工進(jìn)定時(shí)器的輸出信號(hào)及相應(yīng)的內(nèi)部繼電器控制。以一次快進(jìn)、一次工進(jìn)、一次快退、停留四個(gè)工步為例說(shuō)明時(shí)間步進(jìn)式的控制原理。在控制系統(tǒng)處于原位狀態(tài)時(shí)，原位開(kāi)關(guān)X0閉合，此時(shí)若機(jī)床發(fā)出工件夾緊信號(hào)X1，則內(nèi)部繼電器R1得電自鎖，定時(shí)器TMY1開(kāi)始計(jì)時(shí)，R1的常開(kāi)觸點(diǎn)接通輸出繼電器Y1，啟動(dòng)快速進(jìn)給電機(jī)啟動(dòng)正轉(zhuǎn)，一次快進(jìn)開(kāi)始。當(dāng)TMY1計(jì)時(shí)到設(shè)定值時(shí)輸出信號(hào)，其常開(kāi)觸點(diǎn)T1使內(nèi)部繼電器R2得電自鎖，R2的常開(kāi)觸點(diǎn)接通輸出繼電器Y3，啟動(dòng)工作進(jìn)給電機(jī)，開(kāi)始一次工進(jìn)。在定時(shí)器TMY2開(kāi)始計(jì)時(shí)的同時(shí)。TMY1常閉觸點(diǎn)的斷開(kāi)比其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合滯后一個(gè)PLC掃描周期（R4和R8的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)亦比其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合滯后一個(gè)PLC掃描周期）， 即TMY1在其輸出信號(hào)后經(jīng)過(guò)一個(gè)掃描周期便停止計(jì)時(shí)，R1的線(xiàn)圈隨之同時(shí)斷電。一個(gè)掃描周期的時(shí)間可以忽略不計(jì)，這樣R1的得電時(shí)間恰好等于TMY1的設(shè)定時(shí)間，即一次快進(jìn)的時(shí)間。其他的每次快進(jìn)和工進(jìn)的控制原理與此相同。每次工進(jìn)完成后，控制工進(jìn)時(shí)間的定時(shí)的器輸出常開(kāi)觸點(diǎn)接通內(nèi)部繼電器R3、R7得電并使它們自鎖，隨之啟動(dòng)快速進(jìn)給電機(jī)反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)快退?？焱说皆粫r(shí)觸動(dòng)原位開(kāi)關(guān)X0，使控制快退的R3、R7斷電，即令快速進(jìn)給電機(jī)停止后停留2秒鐘。最后一次快退是由定時(shí)器TMY10的輸出信號(hào)啟動(dòng),原位開(kāi)關(guān)X0控制停止，使工作循環(huán)結(jié)束。至于工作進(jìn)給電機(jī)，則是用每一次工進(jìn)時(shí)相應(yīng)的內(nèi)部繼電器R2、R6、R10控制啟動(dòng)，當(dāng)每一次工進(jìn)結(jié)束時(shí)，R2、R6、R10斷電而令其停止。

4 結(jié)論

本控制系統(tǒng)經(jīng)過(guò)調(diào)試驗(yàn)證，符合設(shè)計(jì)要求，運(yùn)行可靠。其特點(diǎn)是：1）簡(jiǎn)單實(shí)用，僅使用機(jī)床上的原位開(kāi)關(guān)。每次快進(jìn)、工進(jìn)的行程由定時(shí)器的設(shè)定時(shí)間控制，每次快進(jìn)、工進(jìn)、快退的工步動(dòng)作轉(zhuǎn)換由控制工進(jìn)的定時(shí)器輸出信號(hào)啟動(dòng)，由原位開(kāi)關(guān)控制停留或停止。實(shí)用是指不僅能實(shí)現(xiàn)目前通用的多次分級(jí)進(jìn)給和多次快退的控制方法，而且采用每次工進(jìn)行程逐次減少和快退后停留的控制方式能避免鉆頭過(guò)熱而提高壽命,并確?？焖龠M(jìn)給電機(jī)的安全運(yùn)行；2）應(yīng)用時(shí)，宜選用機(jī)械傳動(dòng)的機(jī)械滑臺(tái)式組合機(jī)床，以保證進(jìn)給速度穩(wěn)定，從而提高按時(shí)間控制進(jìn)給量的精度。

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PLC control system for drilling deep hole on modular machine tool only using one switch

HE Rong

對(duì)現(xiàn)有鉆深孔工藝及控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究，針對(duì)存在的問(wèn)題：1)要在組合機(jī)床上附加復(fù)雜的活動(dòng)檔鐵專(zhuān)用機(jī)構(gòu)和幾個(gè)行程開(kāi)關(guān)，很麻煩；2)采用固定的動(dòng)作轉(zhuǎn)換當(dāng)鐵，導(dǎo)致每次工進(jìn)都增加一段等于之前每次鉆深累加值的無(wú)效工進(jìn)行程，效率很低。提出了一種僅用一個(gè)開(kāi)關(guān)的組合機(jī)床鉆深孔PLC控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)僅使用機(jī)床上的原位開(kāi)關(guān)?；_(tái)每次快進(jìn)和工進(jìn)的行程及二者動(dòng)作的轉(zhuǎn)換采用定時(shí)器控制。每次快退由控制工進(jìn)的定時(shí)器輸出信號(hào)啟動(dòng)，停留(2秒)或停止由原位開(kāi)關(guān)控制。

組合機(jī)床；鉆深孔；進(jìn)給；PLC控制

何榮（1968 -），男，廣西玉林人，學(xué)士，實(shí)驗(yàn)師，研究方向?yàn)楣I(yè)自動(dòng)化。

TP273

A

1009-0134(2014)06(上)-0151-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2014.06(上).43

2014-03-27