萬向鋸床的PLC控制及設(shè)計(jì)*

劉桂蘭

（婁底職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南婁底417000）

萬向鋸床的PLC控制及設(shè)計(jì)*

劉桂蘭

（婁底職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南婁底417000）

萬向鋸床解決了通用鋸床鋸切單一方向的缺點(diǎn)，介紹了萬向鋸床的設(shè)計(jì)工藝要求，液壓傳動(dòng)原理，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和三菱FX2N-48MR系列PLC對(duì)萬向鋸床的總體控制方案。根據(jù)控制要求確定輸入/輸出設(shè)備，并進(jìn)行I/O口分配，硬件接線和軟件梯形圖的設(shè)計(jì)，最后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。

萬向鋸床；PLC控制；設(shè)計(jì)

0　引言

一般的鋸床采用電機(jī)拖動(dòng)和液壓傳動(dòng)，人工參與較多，并只能朝一個(gè)方向鋸切，為了解決常用鋸床的這些問題，設(shè)計(jì)萬向鋸床實(shí)現(xiàn)多方位鋸切，采用PLC控制實(shí)現(xiàn)過程自動(dòng)化，提高其工作可靠性，以達(dá)到靈活而高效生產(chǎn)的目的。

1　萬向鋸床［1］的設(shè)計(jì)工藝要求

中小型萬向（金屬）帶鋸床通過裝在工作臺(tái)（可左、右、前、后移動(dòng)定位）上可360°旋轉(zhuǎn)定位的夾鉗或電永磁吸盤的協(xié)調(diào)配合實(shí)現(xiàn)對(duì)加工胚料的精確對(duì)線固定，采用數(shù)控和光柵尺掌控運(yùn)動(dòng)鋸條的鋸切深度并可自動(dòng)退出鋸切行程。實(shí)現(xiàn)對(duì)被機(jī)加工胚料的多方位鋸切，達(dá)到取代銑、刨、插床對(duì)非圓（矩形、多邊形、T形、十字形、叉形、V形、星形）類黑色金屬或有色金屬機(jī)械零件之部分機(jī)加工序。中小型萬向金屬帶鋸床適用于工件300 mm×300 mm×400 mm范圍內(nèi)多方位平面構(gòu)成的機(jī)械零件的鋸切成形，裝在鋸架上的主動(dòng)鋸輪經(jīng)4P 3 kW電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)，張緊在主、從動(dòng)輪上的鋸帶經(jīng)導(dǎo)向器導(dǎo)向作垂直（或水平）快速鋸切移動(dòng)。

推動(dòng)鋸架沿主、副立柱導(dǎo)向作上（返回）、下（鋸切）移動(dòng)的升降油缸行程450 mm，鋸架最大行程430 mm；回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上工作平面上有五條T形槽，可固定厚度為100 mm的電永磁吸盤，或夾緊工件的平口鉗，也可安裝可傾斜45°的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)（用于V形零件鋸切），鋸條齒面線最高位至400 mm×400 mm轉(zhuǎn)臺(tái)平面最大距離534 mm，轉(zhuǎn)臺(tái)左右移動(dòng)量各50 mm（非對(duì)稱零件調(diào)節(jié)對(duì)線），前后移動(dòng)量220 mm，作水平鋸切用。回轉(zhuǎn)工作臺(tái)選用煙臺(tái)環(huán)球HL TQ56400×400系列液壓手動(dòng)等分轉(zhuǎn)臺(tái)改制，液壓抬起，手動(dòng)旋轉(zhuǎn)，液壓剎車鎖位。鋸切深度（或水平長(zhǎng)度）經(jīng)光柵尺掌控，PLC編程指令實(shí)現(xiàn)液壓推動(dòng)進(jìn)刀。

2　萬向鋸床多向鋸切示范

2.1多邊形鋸切

此類零件最多，重點(diǎn)考慮快準(zhǔn)。

2.2T形鋸切

工藝路線如圖2所示：

（1）按矩形程序鋸切4刀；

（2）將工件摘下翻轉(zhuǎn)90°重新對(duì)線定位夾緊或吸牢，鋸第五刀，第六刀；

（3）再翻轉(zhuǎn)90°， 鋸第7刀；再翻轉(zhuǎn)90°第8刀；

（4）八刀成形。

圖2　T形工件鋸切工藝圖

3　萬向鋸床的液壓傳動(dòng)原理［2-3］

液壓傳動(dòng)圖如圖3，鋸架油缸由三位四通電磁閥來控制，其中YA1、YA2控制升降，YA3控制鋸架快移，工作臺(tái)左右移動(dòng)油缸由三位四通電磁閥中YA6、YA7來控制，工作臺(tái)前后移動(dòng)油缸由三位四通電磁閥中YA4、YA5控制，YA9實(shí)現(xiàn)快移，鋸帶扭轉(zhuǎn)油缸由YA8控制，轉(zhuǎn)臺(tái)的鎖定和旋轉(zhuǎn)油缸由人工操作閥來控制。

4　萬向鋸床的電機(jī)驅(qū)動(dòng)主電路

萬向鋸床的電機(jī)驅(qū)動(dòng)主電路［4］如圖4所示。

圖3　液壓傳動(dòng)原理圖

5　萬向鋸床的PLC設(shè)計(jì)［5］

設(shè)計(jì)要求如下。

安裝在鋸架上的電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)輪帶動(dòng)鋸條高速移動(dòng)，鋸架經(jīng)升降油缸驅(qū)動(dòng)沿主、副立柱上下移動(dòng)，向上為空載行程，向下為鋸切工作行程。鋸架可以在主立柱的設(shè)定位置操作油缸定位，鋸條經(jīng)導(dǎo)向器調(diào)節(jié)可實(shí)行對(duì)工件的水平方向鋸切。工作臺(tái)沿直線軌前后移動(dòng)，向后定為鋸切工作行程，向前定為空載返回行程，全部行程的數(shù)據(jù)由光柵尺采樣，經(jīng)PLC編程設(shè)定實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)接配合。工作臺(tái)的左右移動(dòng)是為非對(duì)稱零件對(duì)線定位設(shè)置的，無工作行程。建議工作行程要比返回空載對(duì)線定位行程來得慢一些，則非工作行程要定為快速移動(dòng)。還要考慮斷鋸條保護(hù)及零點(diǎn)設(shè)置；工作臺(tái)前、后、左、右移動(dòng)有互鎖功能。只允許有一個(gè)方向動(dòng)作。鋸縫直線交叉線長(zhǎng)度應(yīng)增加0.1～0.15 mm來補(bǔ)償鋸架誤差。

圖4　電氣主電路圖

根據(jù)系統(tǒng)控制要求，把系統(tǒng)輸入輸出設(shè)備及PLC的I/O端子進(jìn)行分配。其分配情況見表1。

表1　I/O口分配表

6　硬件接線圖

根據(jù)I/O口分配表確定硬件接線，其硬件接線如圖5所示。

圖5　硬件接線圖

7　軟件梯形圖

PLC的軟件編程語言有梯形圖、指令表、順序功能流程圖和功能塊圖幾種。梯形圖是一種圖形語言，這種語言與硬件接線圖相對(duì)應(yīng)（如梯形圖中的X011的邏輯狀態(tài)取決于SB1的開、閉狀態(tài)）。梯形圖是從繼電器——接觸器控制系統(tǒng)的電氣原理演化而來，它沿用了常開觸點(diǎn)、常閉觸點(diǎn)、線圈、定時(shí)器及計(jì)數(shù)器等術(shù)語，增加了一些簡(jiǎn)單計(jì)算機(jī)符號(hào)。適合軟件的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法和邏輯設(shè)計(jì)法。系統(tǒng)控制要求的實(shí)現(xiàn)，盡量用程序來完成?？纱蟠蠛?jiǎn)化硬件設(shè)施的接線。

本梯形圖的設(shè)計(jì)思路為：通過光柵傳感器檢測(cè)并轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)，C235根據(jù)脈沖信號(hào)判斷鋸架升降位置，超過450 mm停止下降，并自動(dòng)退回，退到0.2 mm處停止，C236根據(jù)脈沖信號(hào)判斷橫向移動(dòng)位置，向左超過100 mm停止，向右不能超過0.2 mm處，退到0.2 mm處停止，C237根據(jù)脈沖信號(hào)判斷縱向位置，超過440 mm停止后退，并自動(dòng)向前退回，退到0.2 mm處停止，數(shù)據(jù)的大小根據(jù)工件尺寸調(diào)整。X11、X12控制鋸輪電機(jī)的啟停，X17、X20控制油泵電機(jī)的啟停，如有斷帶X13起作用，鋸輪故障X14起作用，能使鋸輪電機(jī)停止工作而起保護(hù)作用。X3、X4、X5、X6、X7、X10為上下左右前后行程控制開關(guān)，實(shí)現(xiàn)鋸架、工作臺(tái)的運(yùn)行方向。鋸架向下，工作臺(tái)向后有快移功能，工作臺(tái)左右前后有互鎖功能。X21控制鋸帶扭轉(zhuǎn)Y11。

圖6　梯形圖

8　 PLC聯(lián)機(jī)調(diào)試

調(diào)試經(jīng)過了靜態(tài)調(diào)試和動(dòng)態(tài)調(diào)試，在現(xiàn)場(chǎng)先空載調(diào)試后再進(jìn)行滿載調(diào)試。將以上設(shè)計(jì)好的PLC程序輸入到FX2N-48MR（FX2N系列PLC具有如下特點(diǎn)：1、集成型高性能；2、高速運(yùn)算；3、安心、寬裕的存儲(chǔ)器規(guī)格；4、豐富的軟元件范圍）主機(jī)后，連接好輸入輸出設(shè)備和主電路，按照以上的步驟進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試過程全部通過，完全滿足萬向鋸床的設(shè)計(jì)要求。

9　結(jié)語

通過對(duì)萬向鋸床的設(shè)計(jì)和PLC控制，把樣機(jī)應(yīng)用到生產(chǎn)一線上試運(yùn)行，得到操作技術(shù)人員的一致好評(píng)，操作變得簡(jiǎn)單而順手，同時(shí)，只要改變程序就能加工不同尺寸的工件，沒必要全程跟蹤和注意，降低了人的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)，不同方位的鋸切，可以加工較復(fù)雜的工件，增加了生產(chǎn)工藝要求和技術(shù)創(chuàng)新。能為社會(huì)創(chuàng)造一定的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］郭北濤.國(guó)內(nèi)外金屬鋸床的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)［J］.制造技術(shù)與機(jī)床，2004（2）：32-33.

［2］梁應(yīng)選.全自動(dòng)金屬帶鋸床液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.液壓與氣動(dòng)，2008（5）：59-60.

［3］楊久青.一種全自動(dòng)金屬帶鋸床液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.科技信息，2010（9）：59-60.

［4］施振金.電機(jī)與電氣控制［M］.北京：人民郵電出版社，2007.

［5］胡學(xué)林.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)：第二版［M］.北京：高等教育出版社，2005.

PLC Control and Design of the Universal Sawing Machine

LIU Gui-lan
（Loudi Professional Technology Institute，Loudi417000，China）

the universal Sawing machine solved the single direction’s shortcomings of general cutting machine.this paper introduces designing requirements of universal Sawing machine，motor driving circuit and the principle of hydraulic transmission，using FX2N-48MR series Mitsubishi PLC overall controls the universal machine.According to the control requirements，determines the specific input/output devices，and I/O distribution，designs hardware connection and software ladder diagram，finally carries on the scene debugging.

universal sawing machine；PLC control；design

TP273

A文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：1009-9492（2015）12-0110-04

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.12.031

劉桂蘭，女，1974年生，湖南婁底人，大學(xué)本科，講師。研究領(lǐng)域：自動(dòng)控制、電氣工程。

（編輯：向飛）

*湖南省教育廳科研一般課題（編號(hào)：15C1161）

2015-06-16