基于PLC的雙面鉆床控制系統(tǒng)設(shè)計

李夢飛，秦 濤

0 引言

組合機(jī)床是一種可實現(xiàn)多工序、多軸、多面的高效加工、自動化程度很高的加工設(shè)備[1-2]。而在部分中小型企業(yè)生產(chǎn)加工過程中，由于資金缺乏、技術(shù)欠缺等原因，依舊采用故障頻繁出現(xiàn)、控制系統(tǒng)可靠性差、維修時間長的老式機(jī)床。為了能夠有效地提高組合機(jī)床鉆孔加工效率，減少電氣部分維修次數(shù)，滿足加工生產(chǎn)需求，實現(xiàn)雙面鉆組合機(jī)床的自動控制，本文設(shè)計了一種基于PLC控制的雙面鉆床控制系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)總體方案

雙面鉆床主要用于在工件相對的兩面鉆孔，機(jī)床由動力滑臺提供進(jìn)給運動，刀具電動機(jī)固定在動力滑臺上。機(jī)床的控制過程是典型的順序控制，其控制系統(tǒng)模型如圖1所示，工作流程為：工件裝入后，按下啟動按鈕X0，工件夾緊，兩側(cè)滑臺同時進(jìn)入快速進(jìn)給工步；工件兩面加工完成后，兩側(cè)動力滑臺退回原位，工件松開，觸發(fā)限位開關(guān)X10，系統(tǒng)返回初始步，一次加工的工作循環(huán)結(jié)束。

圖1 雙面鉆床控制系統(tǒng)模型

傳統(tǒng)的雙面鉆床采用繼電器-接觸器控制方式，需要的繼電器多且接線復(fù)雜，可靠性低且容易產(chǎn)生誤動作，故障率高。本文提出PLC控制方式實現(xiàn)鉆孔加工的周期性循環(huán)動作，滑臺的位置信息通過觸發(fā)行程開關(guān)獲得。為保證每個工序的同步性，采用并行序列程序，在各子序列的末尾增設(shè)了一個等待步，如果兩個子序列分別進(jìn)入了等待步，表示兩側(cè)滑臺的快速退回均已結(jié)束，應(yīng)轉(zhuǎn)換到下一狀態(tài)。

2 軟件控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1 I/O點估算

通過對雙面鉆床總體控制方案分析可知，系統(tǒng)共有9個輸入點：啟動按鈕、夾緊開關(guān)、左側(cè)快進(jìn)開關(guān)、左側(cè)工進(jìn)開關(guān)、左側(cè)啟動開關(guān)、右側(cè)快進(jìn)開關(guān)、右側(cè)工進(jìn)開關(guān)、右側(cè)啟動開關(guān)以及松開開關(guān)；共有8個輸出點：夾緊閥觸發(fā)器、左側(cè)快進(jìn)觸發(fā)器、左側(cè)工進(jìn)觸發(fā)器、左側(cè)快退觸發(fā)器、右側(cè)快進(jìn)觸發(fā)器、右側(cè)工進(jìn)觸發(fā)器、右側(cè)快退觸發(fā)器以及松開閥觸發(fā)器。根據(jù)控制系統(tǒng)需要具備的功能分析和I/O點數(shù)目估算，本文選用三菱PLC FX1S-20MR型號，具有16個輸入點和14個輸出點，且外部接線留有10%~20%的余量，便于擴(kuò)展[3]，能滿足雙面鉆床的控制要求。

2.2 I/O分配

根據(jù)雙面鉆床控制系統(tǒng)的功能及技術(shù)要求，可確定PLC控制系統(tǒng)的I/O分配表如表1所示，相應(yīng)的外部接線圖如圖2所示。

表1 雙面鉆床控制系統(tǒng)I/O點分配表

圖2 PLC控制系統(tǒng)外部接線圖

2.3 SFC圖和梯形圖設(shè)計

基于三菱GX developer軟件進(jìn)行雙面鉆床控制程序設(shè)計，其控制系統(tǒng)的SFC圖如圖3（a）所示。具體的實施步驟：工件裝入機(jī)床后，按下啟動按鈕X0，按下夾緊開關(guān)X1，工件夾緊，M2和M6變?yōu)榛顒硬?，兩?cè)同時進(jìn)入快速進(jìn)給工步。待兩面加工均完成后，兩側(cè)動力滑臺退回原位，系統(tǒng)進(jìn)入步M10；工件松開，觸發(fā)限位開關(guān)X10，系統(tǒng)返回初始步M0，一次加工的工作循環(huán)結(jié)束。為保證并行序列各子序列同時結(jié)束，在各子序列的末尾增設(shè)了一個等待步（即步M5和M9），如果兩個子序列分別進(jìn)入了步M5和M9，表示兩側(cè)滑臺的快速退回均已結(jié)束，應(yīng)轉(zhuǎn)換到步M10.步M5和M9之后的轉(zhuǎn)換條件為“=1”，表示應(yīng)無條件轉(zhuǎn)換，在梯形圖中，該轉(zhuǎn)換等效為一根短接線，或理解為不需要轉(zhuǎn)換條件。

雙面鉆床控制程序梯形圖如圖3（b）所示，通過對每步的輔助繼電器M置位，完成特定的功能指令。按下啟動按鈕，系統(tǒng)發(fā)出初始化脈沖，置位M0后緊接著置位M1，隨后完成功能指令Y0，即實現(xiàn)工件的夾緊。組合機(jī)床動力滑臺夾緊運動觸發(fā)限位開關(guān)X1，分別置位輔助繼電器 M2、M6，同時復(fù)位 M1，實現(xiàn)機(jī)床動力滑臺的左側(cè)和右側(cè)工進(jìn)。具體功能的實施過程與用狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖編程所實現(xiàn)的功能一致。

圖3 組合機(jī)床控制系統(tǒng)程序

3 結(jié)論

針對工廠現(xiàn)階段所使用的老式機(jī)床的配備情況以及在使用過程中可能出現(xiàn)的問題，本文設(shè)計了一種適用于雙面鉆孔組合機(jī)床的PLC控制系統(tǒng)。PLC控制程序修改方便，易于擴(kuò)充且可靠性極高。在實現(xiàn)大批量生產(chǎn)，保證加工效率的同時節(jié)約了機(jī)床設(shè)備成本。軟件調(diào)試結(jié)果表明：本文設(shè)計的控制系統(tǒng)符合設(shè)計要求，可以用于雙面鉆床加工控制現(xiàn)場。

[1]王昭同.PLC在雙面鉆銑組合機(jī)床中的應(yīng)用[J].金屬加工（冷加工）冷加工，2012（6）：55-57.

[2]葉曉光.PLC在組合機(jī)床的控制應(yīng)用探討[J].制造業(yè)自動化，2011，33（20）：146-148．

[3]張良山，馬 帥，秦 濤.基于PLC控制的多人搶答系統(tǒng)設(shè)計[J].輕工科技，2017（7）：86-87.