李傳偉

（威海職業(yè)學(xué)院，山東 威海 264210）

鏜床是一種精密加工機(jī)床，主要用于加工工件上的精密圓柱孔。這些孔的軸心線往往要求嚴(yán)格地平行或垂直，相互間的距離也要求很準(zhǔn)確，這些要求鉆床都難以達(dá)到。而鏜床本身剛性好，其可動部分在導(dǎo)軌上的活動間隙很小，而且有附加支撐，所以能滿足上述加工要求。

圖1 T68臥式鏜床結(jié)構(gòu)示意圖

一、T68鏜床的基本狀況

1.T68鏜床的結(jié)構(gòu)

臥式鏜床的外型結(jié)構(gòu)如圖1所示。臥式鏜床的床身是整體鑄造而成，床身的一端裝有固定不動的前立柱，在前立柱的垂直導(dǎo)軌上裝有鏜頭架，可以上下移動。鏜頭架上集中了主軸部件、變速箱、進(jìn)給箱與操縱機(jī)構(gòu)等部件。切削刀具安裝在鏜軸前端的錐孔里，或安裝在平旋盤的刀具溜板上。在工作過程中，鏜軸一面旋轉(zhuǎn)，一面沿軸向做進(jìn)給運(yùn)動。平旋盤只能旋轉(zhuǎn)，裝在上面的刀具溜板可沿主軸軸線徑向做進(jìn)給運(yùn)動。平旋盤主軸是空心軸，鏜軸穿過其中空部分，通過各自的傳動鏈傳動，因此可獨(dú)立運(yùn)動。在大部分工作情況下，使用鏜軸加工，只有在用車刀切削端面時(shí)才使用平旋盤。

臥式鏜床后立柱上安裝有尾架，用來夾持裝在鏜軸上的鏜桿的末端。尾架可隨鏜頭架同時(shí)升降，并且其軸心線與鏜頭架軸心線保持在同一直線上。后立柱可在床身導(dǎo)軌上沿鏜軸軸線方向上做調(diào)整移動。

加工時(shí)，工件安放在床身中部的工作臺上，工作臺在溜板上面，上溜板下面是下溜板，下溜板安裝在床身導(dǎo)軌上，并可沿床身導(dǎo)軌移動。上溜板又可沿下溜板上的導(dǎo)軌運(yùn)動，工作臺相對于上溜板可做回轉(zhuǎn)運(yùn)動。這樣，工作臺就可在床身上做前、后、左、右任一個(gè)方向的直線運(yùn)動，并可做回旋運(yùn)動。再配合鏜頭架的垂直移動，就可以加工工件上一系列與軸線相平行或垂直的孔。由以上分析，可將臥式鏜床的運(yùn)動歸納如下。主運(yùn)動：鏜軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動與平旋盤的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；進(jìn)給運(yùn)動：鏜軸的軸向進(jìn)給，平旋盤刀具溜板的徑向進(jìn)給，鏜頭架的垂直進(jìn)給，工作臺的橫向進(jìn)給與縱向進(jìn)給；輔助運(yùn)動：工作臺的回旋，后立柱的軸向移動及垂直移動。

2．T68鏜床的控制要求

鏜床加工范圍廣，運(yùn)動部件多，調(diào)速范圍廣，對電氣控制系統(tǒng)提出了如下要求。

（1）主軸應(yīng)有較大的調(diào)速范圍，且要求恒功率調(diào)速，往往采用機(jī)電聯(lián)合調(diào)速。

（2）變速時(shí)，為使滑移齒輪能順利進(jìn)入正常嚙合位置，應(yīng)有低速或斷續(xù)變速沖動。

（3）主軸能做正反轉(zhuǎn)低速點(diǎn)動調(diào)整，要求對主軸電動機(jī)實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)及點(diǎn)動控制。

（4）為使主軸迅速、準(zhǔn)確停車，主軸電動機(jī)應(yīng)具有電氣控制。

（5）由于進(jìn)給運(yùn)動直接影響切削量，而切削量又與主軸轉(zhuǎn)速、刀具、工件材料、加工精度等因素有關(guān)，所以一般臥式鏜床主運(yùn)動與進(jìn)給運(yùn)動由一臺電動機(jī)拖動，由各自傳動鏈傳動。主軸與工作臺除工作進(jìn)給外，為縮短輔助時(shí)間，還應(yīng)有快速移動，由另一臺快速移動電動機(jī)拖動。

（6）由于鏜床運(yùn)動部件較多，應(yīng)設(shè)置必要的連鎖和保護(hù)，并使操作盡量集中。

3．T68鏜床繼電器接觸器控制線路存在問題

威海精密機(jī)床廠的大部分鏜床是在20世紀(jì)90年代初期購買的。經(jīng)過近20年的使用，存在如下問題：原來的繼電器控制回路接線復(fù)雜，易出故障；繼電器長期使用后出現(xiàn)接頭氧化、接觸不良和線圈燒損等現(xiàn)象，可靠性較差；時(shí)間繼電器老化不穩(wěn)定，時(shí)間參數(shù)需經(jīng)常校正調(diào)整，市場上缺乏相應(yīng)的機(jī)床電子元器件；維修費(fèi)用高，備件使用周期縮短，維修配件消耗增大，增加了維修開支；總體控制系統(tǒng)老化導(dǎo)致加工精度降低。這些問題使設(shè)備經(jīng)常出現(xiàn)停機(jī)，不能滿足生產(chǎn)需要。因此，決定用高性價(jià)比的PLC自動控制系統(tǒng)對其進(jìn)行改造。

二、T68控制線路的PLC改造

1．改造方案的確定

（1）不改變原控制系統(tǒng)電氣操作方法。

（2）不改變原電氣系統(tǒng)控制元件（包括行程開關(guān)、按鈕、交流接觸器、中間繼電器，以上元件的數(shù)量、作用均與原電氣線路相同）。

（3）將原繼電器控制的時(shí)間繼電器去掉，改用PLC中的軟繼電器代替。

（4）原控制線路中熱繼電器仍用硬件控制（因過載使用幾率較少）。

（5）指示燈接線仍和原控制線路相同。

（6）原主軸和進(jìn)給變速箱操作方法和結(jié)構(gòu)不變。

（7）原鏜床的工藝加工方法不變，只是將原繼電器控制中的硬件接線改為用軟件編程來替代，并且考慮到變速中的銜接問題。

通過分析得知系統(tǒng)共有15個(gè)開關(guān)輸入點(diǎn)、7個(gè)開關(guān)輸出點(diǎn)。

2.PLC機(jī)型的選擇及I/O分配

根據(jù)PLC選型原則以及T68鏜床的控制要求，系統(tǒng)輸入15個(gè)點(diǎn)、輸出7個(gè)點(diǎn)，考慮到系統(tǒng)將來的升級需要，留有10%的余量。另外考慮到其價(jià)格比和系統(tǒng)的穩(wěn)定性，選擇三菱公司主機(jī)為FX2N-48MR（24輸入點(diǎn)/24輸出點(diǎn)） 的繼電器型PLC，該機(jī)型能夠滿足系統(tǒng)的需要。

根據(jù)鏜床PLC改造要求，系統(tǒng)共需開關(guān)量輸入點(diǎn)15個(gè)、開關(guān)量輸出點(diǎn)7個(gè)，具體地址分配情況見表1、表2。

表1 輸入地址分配

表2 輸出地址分配

圖2 T68鏜床PLC控制I/O接線圖

3.PLC硬件電路的設(shè)計(jì)

鏜床電氣控制系統(tǒng)改造采用的三菱FX2N-48MR的可編程控制器，具體PLC系統(tǒng)控制線路如圖2所示。

根據(jù)PLC設(shè)計(jì)規(guī)則，對輸入的常閉觸點(diǎn)進(jìn)行了處理，即常閉按鈕改用常開按鈕，熱繼電器的常閉觸點(diǎn)改用常開觸點(diǎn)。同時(shí)為避免M1和M2電動機(jī)正反轉(zhuǎn)時(shí)造成電源相間短路，除了采用程序上軟繼電器的觸點(diǎn)聯(lián)鎖外，還在KM1和KM2、KM6和KM7的線圈支路上采用了接觸器常閉觸點(diǎn)的電路聯(lián)鎖，即采用硬件上的聯(lián)鎖控制。

4.PLC控制軟件的設(shè)計(jì)

確定了系統(tǒng)的硬件電路后，就可以根據(jù)系統(tǒng)的控制要求編寫程序，具體梯形圖程序如圖3所示。

5.PLC控制系統(tǒng)改造需要注意的問題

選擇PLC機(jī)型時(shí)，要留有一定的余量，為將來系統(tǒng)升級改造提供方便。原有繼電器控制電路相對較復(fù)雜，利用繼電器控制電路設(shè)計(jì)PLC的梯形圖時(shí)要特別注意高速運(yùn)行問題，注意要先低速啟動，當(dāng)?shù)退賳右欢螘r(shí)間后，才能轉(zhuǎn)化為高速運(yùn)行，在編程時(shí)要注意定時(shí)器常閉和常開觸點(diǎn)的區(qū)別。在梯形圖中，對主軸電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制、主軸電動機(jī)的高低速的互鎖保護(hù)，均應(yīng)實(shí)現(xiàn)硬件和軟件的雙重保護(hù)，避免電源短路，有效保證安全。另外為保證安全，各熱繼電器常閉觸頭不作為PLC輸入端，直接接在輸出端，對負(fù)載電路進(jìn)行保護(hù)控制。T68鏜床的花盤進(jìn)給和主軸進(jìn)給有機(jī)械和電氣上的連鎖機(jī)構(gòu)，為了防止誤操作引起兩個(gè)方向的同時(shí)進(jìn)給，在系統(tǒng)改造時(shí)，保留機(jī)械連鎖、硬件線路的連鎖，通過PLC的程序?qū)崿F(xiàn)連鎖，避免在加工工件時(shí)，誤操作損壞設(shè)備和加工工件。在改造后減少了繼電元件，在電路中應(yīng)注意到自鎖和互鎖。在切換時(shí)由于有限流電阻存在，因此應(yīng)加切換延時(shí)電路，防止浪涌電流對元器件的損壞及防止發(fā)生誤動作。

作為應(yīng)用于工業(yè)控制的自動控制系統(tǒng)，PLC具有一定的抗干擾能力，比較適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境。但是由于T68鏜床工作環(huán)境復(fù)雜，各類干擾信號較多，在進(jìn)行PLC改造中，需要對其抗干擾進(jìn)行相應(yīng)的軟硬件設(shè)計(jì)，如硬件電源采用隔離變壓器等，軟件上采用冗余容錯(cuò)技術(shù)等，在此不做過多介紹。

圖3 T68鏜床PLC控制梯形圖

三、結(jié)束語

整個(gè)機(jī)床的改造過程涉及到了許多測試、調(diào)試的問題，在硬件設(shè)備安裝好后又進(jìn)行了許多調(diào)試工作。通過本系統(tǒng)設(shè)計(jì)試驗(yàn)，鏜床原繼電器控制電路經(jīng)PLC控制改造后，能大大簡化主傳動控制系統(tǒng)硬件電路，系統(tǒng)運(yùn)行可靠，降低了機(jī)械的復(fù)雜程度和維護(hù)難度，生產(chǎn)效率提高。改造后的系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是具有很強(qiáng)的故障診斷能力，發(fā)生故障時(shí)能及時(shí)報(bào)警和提示。對T68鏜床進(jìn)行PLC改造，滿足了系統(tǒng)的要求，達(dá)到了預(yù)期的效果。

[1]常斗南，李全利，張學(xué)武．可編程序控制器原理應(yīng)用試驗(yàn) [M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002．

[2]王敬輝．PLC替代老設(shè)備的繼電器控制的設(shè)計(jì)方法 [J]．自動化與儀器儀表，2005(3)．

[3]陸秀令．在設(shè)備改造中PLC梯形圖的設(shè)計(jì)方法及注意事項(xiàng) [J]．工業(yè)儀表與自動化裝置，2004(3)．