基于PLC的雙面鉆孔組合機(jī)床電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

改造者：方 翔

基于PLC的雙面鉆孔組合機(jī)床電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

改造者：方 翔

雙面鉆孔組合機(jī)床是一種專用加工設(shè)備，它的主要是設(shè)計(jì)用以在同一個(gè)工件的兩個(gè)相對(duì)的表面進(jìn)行一系列的孔加工。傳統(tǒng)電氣控制方式是以接觸器與繼電器為主的電力拖動(dòng)控制線路，線路較復(fù)雜、維修量大，本論文采用PLC的方式來(lái)對(duì)其電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)化線路、增加可靠性、簡(jiǎn)化操作等目的。

雙面鉆孔組合機(jī)床是一種專用加工設(shè)備，它的主要是設(shè)計(jì)用以在同一個(gè)工件的兩個(gè)相對(duì)的表面進(jìn)行一系列的孔加工。該機(jī)床主要由以下幾個(gè)部分組成：（1）液壓動(dòng)力滑臺(tái)。一般安裝在標(biāo)準(zhǔn)側(cè)底座上。由于需要雙面加工，機(jī)床有左右兩個(gè)相對(duì)應(yīng)的滑臺(tái)。（2）工件定位與夾緊裝置。該裝置固定于機(jī)床的底座中間位置。（3）左右兩套主軸鉆頭電動(dòng)機(jī)。分別安裝在左右兩側(cè)的液壓動(dòng)力滑臺(tái)上。（4）冷卻系統(tǒng)與液壓系統(tǒng)。雙面鉆孔組合機(jī)床通常由三相交流異步電動(dòng)機(jī)與液壓系統(tǒng)共同驅(qū)動(dòng)。從控制過程來(lái)看，機(jī)床是順序控制，傳統(tǒng)電氣控制方式是以接觸器與繼電器為主的電力拖動(dòng)控制線路，線路較復(fù)雜、維修量大，如果采用PLC的方式來(lái)對(duì)其電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)化線路、增加可靠性、簡(jiǎn)化操作等目的。

雙面鉆孔組合機(jī)床的工作流程及其控制要求

組合鉆床繼電接觸器控制線路的工作原理

工件放入定位夾具內(nèi)→按下啟動(dòng)按鈕SB6液壓系統(tǒng)電機(jī)啟動(dòng)并定位工件定位→壓合行程開關(guān)SQ2→SQ2閉合后液壓系統(tǒng)對(duì)工件進(jìn)行夾緊壓力繼電器SP工作→SP常開閉合左右滑臺(tái)快進(jìn)并分別壓合行程開關(guān)SQ3、SQ6滑臺(tái)開始工進(jìn)同時(shí)冷卻泵電機(jī)開始工作→工作完畢滑臺(tái)壓合行程開關(guān)SQ4、SQ7滑臺(tái)快退→滑臺(tái)快退完畢壓合行程開關(guān)SQ5、SQ8夾緊裝置松開工件同時(shí)閉合開關(guān)SQ9→拔位銷后開關(guān)SQ1閉合→工作完畢。

組合鉆床的控制要求及工作流程

控制要求：在雙面鉆孔組合機(jī)床中，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由液壓動(dòng)力滑臺(tái)提供控制，同時(shí)液壓系統(tǒng)還提供定位夾緊工件時(shí)所需要的動(dòng)力，而主軸的切削運(yùn)動(dòng)則是以三相交流異步電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。雙面鉆孔組合機(jī)床的控制程序中，M1是液壓電動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)液壓泵，液壓系統(tǒng)必須先啟動(dòng)，才能啟動(dòng)其他部分的控制電路。M2、M3分別為左、右機(jī)主軸電機(jī)，控制鉆頭的旋轉(zhuǎn)。當(dāng)一次循環(huán)開始時(shí)，首先是液壓動(dòng)力滑臺(tái)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，主軸開始工作，當(dāng)循環(huán)結(jié)束時(shí)，液壓動(dòng)力滑臺(tái)會(huì)回到原點(diǎn)，主軸也相應(yīng)停止工作。M4是冷卻泵，手自兩用，既可以手動(dòng)啟停，需要時(shí)也可以自動(dòng)在液壓滑臺(tái)工進(jìn)時(shí)提供冷卻液，并自動(dòng)在工進(jìn)結(jié)束后停止工作。

工作過程：

（1）SB4為液壓系統(tǒng)的啟動(dòng)按鈕，當(dāng)其得電后，機(jī)床開始進(jìn)行工件定位，當(dāng)定位行程開關(guān)被按下后，定位完成。再對(duì)工件進(jìn)行夾緊，當(dāng)壓力傳感器SP得電后，左右兩面的液壓動(dòng)力滑臺(tái)同時(shí)開始加工循環(huán)，執(zhí)行快進(jìn)、工進(jìn)、快退等步驟，與此同時(shí)，系統(tǒng)的冷卻泵與刀具電動(dòng)機(jī)也開始工作。當(dāng)完成一次加工循環(huán)加工循環(huán)后，液壓動(dòng)力滑臺(tái)會(huì)回原點(diǎn)，松開工件，并拔出定位銷，等待下次加工。

（2）液壓動(dòng)力滑臺(tái)、工件定位與夾緊裝置的控制要求

在本設(shè)計(jì)中，液壓系統(tǒng)為液壓動(dòng)力滑臺(tái)、工件定位與夾緊裝置提供動(dòng)力。YV1和YV2兩個(gè)電磁閥控制了工件定位銷的運(yùn)動(dòng)方向；YV3和YV4兩個(gè)電磁閥則控制了工件夾緊與放松動(dòng)作。左機(jī)液壓滑臺(tái)的工進(jìn)、快進(jìn)與快退三種工作狀態(tài)分別由電磁閥YV5、YV6、YV7三個(gè)換向電磁閥控制。YV8、YV9、YV10為右機(jī)液壓滑臺(tái)的換向電磁閥，分別控制右機(jī)液壓滑臺(tái)的工進(jìn)、快進(jìn)與快退三種工作狀態(tài)。

表1顯示的是各電磁閥線圈得電后對(duì)應(yīng)的工作狀態(tài)。

表1 電磁閥動(dòng)作狀態(tài)

由表1可知，電磁閥YV1的線圈得電時(shí)，該機(jī)床的工作定位裝置將進(jìn)行定位動(dòng)作，電磁閥YV3 線圈得電，夾緊工件。在工件夾緊狀態(tài)下，若電磁閥YV5、YV7線圈同時(shí)得電時(shí)，左側(cè)液壓動(dòng)力滑臺(tái)快速進(jìn)給；若電磁閥YV8、YV10線圈同時(shí)得電時(shí)，右側(cè)液壓滑臺(tái)快速進(jìn)給。左右液壓動(dòng)力滑臺(tái)工進(jìn)狀態(tài)分別對(duì)應(yīng)電磁閥YV3、YV5線圈同時(shí)得電和電磁閥YV3、YV8線圈同時(shí)得電。左右液壓動(dòng)力滑臺(tái)快速退回狀態(tài)則分別對(duì)應(yīng)的是電磁閥YV3、YV6同時(shí)得電和電磁閥YV3、YV9同時(shí)得電。當(dāng)液壓滑臺(tái)退回原位后，YV4的線圈得電后松開工件定位銷，YV2的線圈得電后撥出定位銷。定位銷松開后，撞擊行程開關(guān)SQ1，機(jī)床停止運(yùn)行。

圖1 機(jī)床工作循環(huán)圖

（3）機(jī)床運(yùn)行整體流程

當(dāng)需要雙面鉆孔組合機(jī)床工作時(shí)，首先把工件放入工件定位、夾緊裝置中，然后再按下液壓系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕SB4，機(jī)床將按以下步驟工作：按下液壓系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕SB4→工件定位夾緊→左右兩面動(dòng)力滑臺(tái)同時(shí)快速進(jìn)給→左右兩面動(dòng)力滑臺(tái)同時(shí)工進(jìn)→左右兩面動(dòng)力滑臺(tái)快退至原位→夾緊裝置松開→拔定位銷。

系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

I/O選擇及分配

表2 I/O分配表

硬件接線圖

本課題硬件接線圖如圖2所示。

電氣控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

雙面組合鉆孔機(jī)床是典型的步進(jìn)制控制設(shè)備，所以在編寫梯形圖程序時(shí)，采用步進(jìn)指令編寫是最簡(jiǎn)單、最方便的。根據(jù)其控制要求以及實(shí)用化設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)將自動(dòng)控制和手動(dòng)控制分開，這樣更好的加強(qiáng)機(jī)床在工廠中的實(shí)用性。

程序流程圖

程序執(zhí)行過程說明

自動(dòng)過程說明

按下液壓泵啟動(dòng)按鈕X2，液壓電動(dòng)機(jī)Y13啟動(dòng)并自鎖常開觸頭閉合S2置位。按下液壓系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕X4，置位S20液壓系統(tǒng)指示燈亮，然后程序自動(dòng)運(yùn)行。直至運(yùn)行完畢，中間若有緊急情況可按X1停止程序。

圖2 系統(tǒng)硬件接線圖

圖3 程序流程圖

手動(dòng)過程說明

在液壓電機(jī)啟動(dòng)的前提下，按下手動(dòng)和自動(dòng)選擇按鈕X26，中間繼電器M0線圈得電，定位夾緊元件后按X10 X11 X12 X13對(duì)左右滑臺(tái)進(jìn)行快進(jìn)快退的點(diǎn)動(dòng)控制。然后按下X5、X6對(duì)工件進(jìn)行切削鉆孔，加工完畢后按下X7放松元件，加工過程結(jié)束。

方 翔

金華市高級(jí)技工學(xué)校

方翔,職稱：講師。

10.3969/j.issn.1001-8972.2016.09.036